8　四季和晝夜的交替——地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)

知識(shí)導(dǎo)航

日常生活中，我們都是日出而作，日落而息，一年之中要經(jīng)歷春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)，這些看似習(xí)以為常的事，你想過這是為什么嗎？這些都是因?yàn)槲覀兙幼〉牡厍颍诓煌５淖赞D(zhuǎn)和圍繞著太陽的公轉(zhuǎn)引起來的。

自轉(zhuǎn)是地球的一種重要運(yùn)動(dòng)形式，地球自轉(zhuǎn)帶來白晝更替，地球赤道上的自轉(zhuǎn)線速度為465米/秒。地球在自轉(zhuǎn)時(shí)同時(shí)公轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)一周需用23小時(shí)56分4秒，公轉(zhuǎn)了約0.986°，按地球自轉(zhuǎn)速度折合3分56秒時(shí)間，自轉(zhuǎn)加上公轉(zhuǎn)用的時(shí)間共24小時(shí)。地球自轉(zhuǎn)：地球繞自轉(zhuǎn)軸自西向東的轉(zhuǎn)動(dòng)，從北極點(diǎn)上空看呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從南極點(diǎn)上空看呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

地球的自轉(zhuǎn)并不是一個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)，這是20世紀(jì)初天文學(xué)的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。美國國立標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的觀察結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)期以來呈減慢趨勢(shì)的地球自轉(zhuǎn)速度自1999年開始加快。時(shí)間測(cè)定師們稱，為調(diào)準(zhǔn)以地球自轉(zhuǎn)速度為標(biāo)準(zhǔn)的地球時(shí)間和原子時(shí)鐘的時(shí)間，自1972年起到1999年的27年來為地球的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘追加過共22閏秒的時(shí)間，但1999年后卻沒有追加過閏秒，是因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)速度加快了。

地球自轉(zhuǎn)軸不在南北極軸上

地球的自轉(zhuǎn)速度有三種變化：

第一長(zhǎng)期減慢，這種變化使日的長(zhǎng)度在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)大約增長(zhǎng)1～2毫秒，引起地球自轉(zhuǎn)長(zhǎng)期減慢的原因主要是潮汐摩擦。

第二周期性變化，20世紀(jì)50年代從天文測(cè)時(shí)的分析發(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)速度有季節(jié)性的周期變化，春天變慢，秋天變快，此外還有半年周期的變化。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風(fēng)的季節(jié)性變化引起的。

第三不規(guī)則變化，地球自轉(zhuǎn)還存在著時(shí)快時(shí)慢的不規(guī)則變化，原因還不明確。地球自轉(zhuǎn)減慢還與人類的活動(dòng)有很大的關(guān)系，特別是人造地球衛(wèi)星的發(fā)射，其反作用力讓地球自轉(zhuǎn)直接變慢，根據(jù)動(dòng)量守恒的原理，這種因素應(yīng)該是目前造成地球自轉(zhuǎn)變慢的最主要原因了。所以人類為了地球的安全，發(fā)射的衛(wèi)星不應(yīng)該再借助地球自轉(zhuǎn)的動(dòng)量。

知識(shí)放大鏡

十二生肖與天文學(xué)

在我國原古時(shí)期，人們無法記述時(shí)間，只能體驗(yàn)著寒暑交替的循環(huán)往復(fù)，最開始是用繩打結(jié)記事，可是日子一天一天地過，實(shí)在是太長(zhǎng)了，又總結(jié)不出規(guī)律，后來人們發(fā)現(xiàn)地上的青草，暖時(shí)就青，寒冷就枯萎，于是人們就知道了一年就是地上的草青一次，若問有幾歲了，就是說草青了幾次，還是無法準(zhǔn)確地記述歷法。后來有觀天者發(fā)現(xiàn)月亮盈虧周期可以用來丈量歲的長(zhǎng)短，發(fā)現(xiàn)十二次月圓為一歲，這一發(fā)現(xiàn)，是初期歷法最精度的成果之一，“十二”便視為傳達(dá)天意的“天之大數(shù)”。天干需地支為伴，日月相對(duì)，天地相對(duì)，就非“十二”莫屬了，這就是十二生肖產(chǎn)生的天文學(xué)背景。

地球的公轉(zhuǎn)過程與太陽的距離有遠(yuǎn)有近就產(chǎn)生了四季更替；球軌道的形狀是一個(gè)接近正圓的橢圓，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。地球公轉(zhuǎn)就是地球按一定軌道圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，像地球的自轉(zhuǎn)具有其獨(dú)特規(guī)律性一樣，太陽引力場(chǎng)以及自轉(zhuǎn)的作用導(dǎo)致地球的公轉(zhuǎn)。地球在公轉(zhuǎn)過程中，所經(jīng)過的路線上的每一點(diǎn)，都在同一個(gè)平面上，而且構(gòu)成一個(gè)封閉曲線。這種地球在公轉(zhuǎn)過程中所走的封閉曲線，叫作地球軌道。如果我們把地球看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的話，那么地球軌道實(shí)際上是指地心的公轉(zhuǎn)軌道。地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)是同時(shí)進(jìn)行的，在天球上，自轉(zhuǎn)表現(xiàn)為天軸和天赤道，公轉(zhuǎn)表現(xiàn)為黃軸和黃道。天赤道在一個(gè)平面上，黃道在另外一個(gè)平面上，這兩個(gè)同心的大圓所在的平面構(gòu)成一個(gè)23°26′的夾角，這個(gè)夾角叫作黃赤交角。黃赤交角的存在，實(shí)際上意味著，地球在繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，自轉(zhuǎn)軸對(duì)地球軌道面是傾斜的。由于地軸與天赤道平面是垂直的，地軸與地球軌道面交角應(yīng)是90°減23°26′，即66°34′。地球無論公轉(zhuǎn)到什么位置，這個(gè)傾角是保持不變的。

地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間，就是地球公轉(zhuǎn)周期?；\統(tǒng)地說，地球公轉(zhuǎn)周期是一“年”。因?yàn)樘栔苣暌曔\(yùn)動(dòng)的周期與地球公轉(zhuǎn)周期是相同的，所以地球公轉(zhuǎn)的周期可以用太陽周年視運(yùn)動(dòng)來測(cè)得。地球上的觀測(cè)者，觀測(cè)到太陽在黃道上連續(xù)經(jīng)過某一點(diǎn)的時(shí)間間隔，就是一“年”。

四季更替

知識(shí)擴(kuò)展

地球公轉(zhuǎn)的不勻速性

地球公轉(zhuǎn)的角速度和線速度都不是固定不變的，隨著日地距離的變化而改變，依據(jù)開普勒行星運(yùn)動(dòng)第二定律可知，地球公轉(zhuǎn)速度與日地距離有關(guān)。地球在過近日點(diǎn)時(shí)，公轉(zhuǎn)的速度快，角速度和線速度都超過它們的平均值，角速度為1°1′11″/日，線速度為30.3千米/秒；地球在過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，公轉(zhuǎn)的速度慢，角速度和線速度都低于它們的平均值，角速度為57′11″/日，線速度為29.3千米/秒。地球于每年1月初經(jīng)過近日點(diǎn)，7月初經(jīng)過遠(yuǎn)日點(diǎn)，因此，從1月初到當(dāng)年7月初，地球與太陽的距離逐漸加大，地球公轉(zhuǎn)速度逐漸減慢；從7月初到來年1月初，地球與太陽的距離逐漸縮小，地球公轉(zhuǎn)速度逐漸加快。