1、第六講第六講 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)一、地球自轉(zhuǎn)及其證據(jù)一、地球自轉(zhuǎn)及其證據(jù)（一）地球自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)（一）地球自轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)天體的周日運動天體的周日運動 哥白尼哥白尼 伽利略伽利略周周日日圈圈上中天上中天下中天下中天日月星辰以日為周期在天球上繞地球自東向西運動的現(xiàn)象日月星辰以日為周期在天球上繞地球自東向西運動的現(xiàn)象 （二）地球自轉(zhuǎn)（二）地球自轉(zhuǎn) 地球自轉(zhuǎn)就是地球本身的旋轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)就是地球本身的旋轉(zhuǎn)。它的旋轉(zhuǎn)軸叫地軸地軸，地軸通過地球的中心，所以，地球的這種繞軸旋轉(zhuǎn)被稱為“自”轉(zhuǎn)，以別于它繞太陽的公轉(zhuǎn)。北極北極南極南極 地球自轉(zhuǎn)方向地球自轉(zhuǎn)方向 自西向東（側(cè)視）自西向東（側(cè)視） 逆時針（北極上空俯視）逆時

2、針（北極上空俯視） 逆時針（北極上空俯視）逆時針（北極上空俯視）地球自轉(zhuǎn)的方向：在北半球看起來呈逆時針方向在北半球看起來呈逆時針方向（南半球反之），這樣的方向被叫做（南半球反之），這樣的方向被叫做向東向東。BAB東含義：含義： 從高處下落的物體，并不垂直的降落到地面點，而是稍稍偏向東方的點。 原因：原因：ABu地球的自轉(zhuǎn)使落體具有更大的線速度；u物體的慣性使落體在下落過程中保持這一較大的速度。 V（三）地球自轉(zhuǎn)（三）地球自轉(zhuǎn)證據(jù)一證據(jù)一落體偏東落體偏東原理原理慣性使擺的擺動方向超然于地球自轉(zhuǎn)。傅科擺傅科擺傅科擺是法國物理學家傅科在1851年為證明地球自轉(zhuǎn)而設計的一種擺。 證據(jù)二證據(jù)二傅科擺偏轉(zhuǎn)

3、傅科擺偏轉(zhuǎn)懸掛于大廳的傅科擺懸掛于大廳的傅科擺 傅科擺的特點傅科擺的特點u特殊的懸掛裝置u長擺繩67mu重擺錘27Kgu刻有度數(shù)的圓盤 下方為直徑6m的沙盤1851年，傅科在巴黎萬神廟用單擺成功的作了一次著名的實驗，用以證明地球自轉(zhuǎn)。 傅科擺實驗傅科擺實驗萬神廟外觀萬神廟外觀 他根據(jù)地球自轉(zhuǎn)的理論，提出除地球赤道以外的其除地球赤道以外的其他地方，單擺的振動面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象他地方，單擺的振動面會發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 他將單擺懸掛在巴黎萬神殿圓屋頂?shù)闹醒?，使它可以在任何方向自由擺動。下面放有直徑6m的沙盤和啟動栓。如果地球沒有自轉(zhuǎn)，則擺的振動面將保持不變；如果地球在不停地自轉(zhuǎn)，則擺的振動面在地球上的

4、人看來將發(fā)生轉(zhuǎn)動。傅科擺每經(jīng)過一個周期的震蕩，在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡，在直徑6m的沙盤邊緣，兩個軌跡之間相差大約3mm。 “地球真的是在轉(zhuǎn)動啊”，有的人不禁發(fā)出了這樣的感慨。 傅科擺實驗宜在高緯度地帶進行。如下圖所示，傅科擺實驗宜在高緯度地帶進行。如下圖所示，在北極，朝著某個恒星方向擺動的擺，會追隨這顆恒在北極，朝著某個恒星方向擺動的擺，會追隨這顆恒星作周日運動，每小時偏轉(zhuǎn)星作周日運動，每小時偏轉(zhuǎn)15。這一事實表明，擺。這一事實表明，擺動面始終保持在恒星的方向，而它同經(jīng)線方向之間的動面始終保持在恒星的方向，而它同經(jīng)線方向之間的關系則發(fā)生了變化。它生動地證明：地球按逆時針方關系則發(fā)

5、生了變化。它生動地證明：地球按逆時針方向（向東）旋轉(zhuǎn)。向（向東）旋轉(zhuǎn)。 理論和實驗證明，理論和實驗證明，傅科擺偏轉(zhuǎn)的方向，因南北半球傅科擺偏轉(zhuǎn)的方向，因南北半球而不同：北半球右偏，南半球左偏。偏轉(zhuǎn)的速度，則與而不同：北半球右偏，南半球左偏。偏轉(zhuǎn)的速度，則與緯度的正弦成正比緯度的正弦成正比。 傅科擺擺動平面的偏轉(zhuǎn)角度，因所在地的緯度而不傅科擺擺動平面的偏轉(zhuǎn)角度，因所在地的緯度而不同，其規(guī)律符合公式：同，其規(guī)律符合公式：D=sin15/h D：擺動偏轉(zhuǎn)速度（偏轉(zhuǎn)角：擺動偏轉(zhuǎn)速度（偏轉(zhuǎn)角/小時）小時）：擺動所在地緯度，緯度越高，擺動偏轉(zhuǎn)速度越大。：擺動所在地緯度，緯度越高，擺動偏轉(zhuǎn)速度越大。利用該公

6、式，計算可得：利用該公式，計算可得：赤道：赤道：=0，sin=0，D=0，傅科擺不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；，傅科擺不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；兩極：兩極：=90，sin=1，D=15/h，偏轉(zhuǎn)量最大，等于地球自，偏轉(zhuǎn)量最大，等于地球自轉(zhuǎn)速度；轉(zhuǎn)速度；南北緯南北緯30：=30，sin=1/2，D=7.5/h，偏轉(zhuǎn)量是兩極的，偏轉(zhuǎn)量是兩極的一半。一半。 傅科擺偏轉(zhuǎn)速度傅科擺偏轉(zhuǎn)速度在兩極，傅科擺偏轉(zhuǎn)最在兩極，傅科擺偏轉(zhuǎn)最快（與地球自轉(zhuǎn)角速度快（與地球自轉(zhuǎn)角速度相同）；在赤道，偏轉(zhuǎn)相同）；在赤道，偏轉(zhuǎn)速度為零。速度為零。150150年前傅科擺實驗所用的沙盤和標尺年前傅科擺實驗所用的沙盤和標尺, ,現(xiàn)仍保存于巴黎萬神廟大廳?，F(xiàn)仍保

7、存于巴黎萬神廟大廳。證據(jù)三證據(jù)三兩極扁縮兩極扁縮赤道半徑6378km極半徑6357km 地球的赤道半徑和極半徑地球的赤道半徑和極半徑FF1 F2 FF1F2二、地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性二、地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律性 地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)是地球相對于地軸的旋轉(zhuǎn)。 南北兩極南北兩極在地面上的位置，可用來表示地軸在地球內(nèi)部的位置； 南北天極南北天極在天球上的位置，可用來表示地軸在宇宙空間的位置。 地軸在地面上通過哪里，那里就是南北兩極南北兩極； 地軸在天球上指向哪里，那里就是南北天極南北天極。 無論是地球上的南北兩極，還是天球上的南北天無論是地球上的南北兩極，還是天球上的南北天極，都是由地軸的位置決定的。極，都是由地軸的

8、位置決定的。 南北兩極在地面上的位置和南北天極在天球上的位置，都不是一成不變的。 換言之換言之，地軸在地球內(nèi)部的位置和它在宇宙空間的地軸在地球內(nèi)部的位置和它在宇宙空間的位置，都是在變化著的位置，都是在變化著的。值得指出的是，上述的變化是兩種不同的運動極移極移和進動進動。它容易使人們造成混淆。 地軸和極移地軸和極移SPPNSN（一）極移（一）極移 南北兩極在地面上的移動南北兩極在地面上的移動，叫做極移極移。是整個地球相對于地軸的運動而造成的，地球自轉(zhuǎn)軸在地球本體內(nèi)的相對運動。極移造成了南北兩極在地面位置的變化，在這個過程中，地軸被認為是不動的。 這種位移的幅度很小，一般不超過0.5，或15米，但

9、卻是一種極其復雜的運動。它包含多種周期性因素：其中主要的一種是以14個月為周期；另一種是以1年為周期。此外，還有比較次要的長期變化和短期變化。 右圖是19681974年的極移軌跡，極移的軌跡是連續(xù)不斷的圓圈，大體上反映出一種周期性運動。圓圈的大小不一，這表明各種因素相互干擾；每一年的軌跡都不是完整的一個圓圈，因為它的主要周期超過一年。 極移的結(jié)果引起各地緯度和經(jīng)度的微小變化。極移的結(jié)果引起各地緯度和經(jīng)度的微小變化。反過來，人們正是通過對各地緯度和經(jīng)度變化的觀測，來研究極移的狀況。 極移是研究地球自轉(zhuǎn)的一個重要內(nèi)容，極移機制的外部因素外部因素包括日、月引力及大氣和海洋的作用日、月引力及大氣和海洋

10、的作用，其內(nèi)部因素內(nèi)部因素則涉及地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各種理論模型地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各種理論模型。因此，極移研究與氣象學、海洋學、地球物理學、地質(zhì)學等地學學科有密切的關系。（二）地軸進動（二）地軸進動 “進動進動”本為物理學名詞，一個自轉(zhuǎn)的物體受外力作用導致其自轉(zhuǎn)軸繞某一中心旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為進動。 地軸的進動地軸的進動指的是指的是地軸繞黃軸的圓錐形運動地軸繞黃軸的圓錐形運動。這種運動叫，又叫歲差歲差。 我國古代天文學文獻中，有一個詞義截然相反的名稱，叫交點退行交點退行。指的是地軸的進動。 黃極地軸的進動地軸的進動左：陀螺的進動（向東）左：陀螺的進動（向東）右：地球的進動（向西）右：地球的進動（向西）陀螺

11、的進動陀螺的進動地軸以地軸以2580025800年為周期，以黃赤年為周期，以黃赤交角為角半徑繞黃軸自東向西的交角為角半徑繞黃軸自東向西的旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動 速度：速度：50.29/年年地軸地軸黃軸黃軸地軸進動地軸進動地軸進動歸納如下：地軸進動歸納如下： 進動方向方向：向西，同地球自轉(zhuǎn)（和公轉(zhuǎn)）方向相反。“退行”就是這個意思 進動速度速度：每年西旋50.29（36025800年） 進動周期周期：25800年 進動軌跡軌跡：是個圓錐面，圓錐半徑2326 繞轉(zhuǎn)軸繞轉(zhuǎn)軸：黃極k 進動的因素進動的因素：地球形狀、地球自轉(zhuǎn)、黃赤交角 進動造成后果進動造成后果：造成的變化：天極周期性運動、北極星變遷、赤道面（

12、和天赤道）的系統(tǒng)的變化、二分點沿黃道西移（交點退行）。 北極星隨天北極移動而變遷北極星隨天北極移動而變遷地軸進動造成的變化：地軸進動造成的變化： 如圖所示：如圖所示：公元前公元前3000年年，天龍座的星（中名天樞）是北極星；現(xiàn)代現(xiàn)代，小熊星座的 星（中名勾陳一）是北極星；到公元到公元7500年年，仙王座的星（中名天鉤五）是北極星；到公元到公元13600年年，天琴座的星（中名織女星）是北極星。KP 赤道坐標系中：恒星赤經(jīng)和赤緯都緩慢而持續(xù)變化；赤道坐標系中：恒星赤經(jīng)和赤緯都緩慢而持續(xù)變化；黃道坐標系中：春分點沿黃道西移，恒星黃經(jīng)持續(xù)變化，黃道坐標系中：春分點沿黃道西移，恒星黃經(jīng)持續(xù)變化，黃緯不變

13、。黃緯不變。春分點西移春分點西移地軸進動造成的變化：地軸進動造成的變化： 地軸進動造成的變化：地軸進動造成的變化： 二分點沿黃道西移（二分點沿黃道西移（交點退行交點退行）由于交點退行（西移），使以春分點為參考點度量的回歸年，略短于恒星年。這樣，太陽巡行一周天，有別于季節(jié)上的一周歲，其差值約為20分。我國古時把地軸進動（或交點退行）的這種表現(xiàn)，稱為歲差歲差，意即歲歲微差。 F1F2PK進動的原因：進動的原因： 地球進動的原因與地球的形狀、黃赤交角和地球自轉(zhuǎn)有關。 地球的形狀地球的形狀扁球體附加引力 黃赤交角黃赤交角促使天軸向黃軸靠攏 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)慣性力圖保持地軸的空間指向 假如把地球分為

14、三部分，如圖所示，虛線部分是假如把地球分為三部分，如圖所示，虛線部分是個圓球，其質(zhì)量都集中在地球中心個圓球，其質(zhì)量都集中在地球中心O，由于地球自轉(zhuǎn)，由于地球自轉(zhuǎn)，赤道部分由于自轉(zhuǎn)的慣性離心力的作用，形成環(huán)形隆赤道部分由于自轉(zhuǎn)的慣性離心力的作用，形成環(huán)形隆起。這樣月球會對環(huán)形隆起產(chǎn)生附加的引力。起。這樣月球會對環(huán)形隆起產(chǎn)生附加的引力。 C1和C2是赤道上多余物質(zhì)的質(zhì)量重心。為了使討論簡化，我們假定月球位于黃道面上。顯然，月球?qū)^近部分C1的引力P1比對較遠部分C2的引力P2要大些。P1將產(chǎn)生一個以O為中心的力矩M1，它使地軸和黃軸相重合；P2也要產(chǎn)生一個力矩M2，它使地軸倒向黃道面。但是，因為P

15、1大于P2，并且C1O=C2O，所以M1M2，這樣就得到一個合力矩M1-M2。如果沒有地球自轉(zhuǎn)運動，則這個合力矩就使地軸和黃軸相重合。然而地球有自轉(zhuǎn)運動，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的抗力使自轉(zhuǎn)軸保持傾角不變，使地球朝著垂直于合力矩的方向移動，這就產(chǎn)生了地軸的進動地軸的進動。 不僅月球?qū)Φ厍虻淖饔昧厥沟剌S發(fā)生進動不僅月球?qū)Φ厍虻淖饔昧厥沟剌S發(fā)生進動，同樣，太陽對地球的作用力矩也會使地軸發(fā)生進動太陽對地球的作用力矩也會使地軸發(fā)生進動，但是，因為月球離地球比太陽離地球近得多，所以在地軸進動上，月球的引力作用要比太陽大得多。按理，其他行星也都因?qū)Φ厍蛴凶饔昧?，但是，因為它們離地球較遠，質(zhì)量又較小，以至他們的作

16、用力矩在實際上對地球不起任何作用。因此，可以得出結(jié)論：因此，可以得出結(jié)論：地軸的進動首先是月球，地軸的進動首先是月球，其次是太陽對地球赤道隆起部分產(chǎn)生的力矩造成的其次是太陽對地球赤道隆起部分產(chǎn)生的力矩造成的。 沒有地球的自轉(zhuǎn)運動，地軸的進動是不可能發(fā)生的。沒有地球的自轉(zhuǎn)運動，地軸的進動是不可能發(fā)生的。因此，地軸的進動也可作為地球自轉(zhuǎn)運動的一個證明。因此，地軸的進動也可作為地球自轉(zhuǎn)運動的一個證明。極移和進動的區(qū)別：極移和進動的區(qū)別： 極移和進動都是地球自轉(zhuǎn)軸的運動都是地球自轉(zhuǎn)軸的運動，但運動形式運動形式、運動周期運動周期和運動結(jié)果運動結(jié)果卻迥然不同。 極移極移是在不受外力作用下，自轉(zhuǎn)軸在地球體內(nèi)

17、的自由擺動。運動軌跡很復雜，是條彎曲的非閉合曲線。主要周期是近14個月的張德勒周期張德勒周期。 極移極移是地球本體相對于自轉(zhuǎn)軸的運動造成的。 因此，極移極移不改變天極和天赤道在恒星間的位置，對天體的赤道坐標和黃道坐標沒有影響，只能使地理坐標產(chǎn)生微小的變動。 進動進動是在外力矩作用下，自轉(zhuǎn)軸在空間的受迫運動，天極圍繞著黃極，以2326為半徑做圓周運動，方向向西，周期為25800年。 天極的運動是真實的運動，遂使天極、天赤道和春分點在恒星間的位置不固定。結(jié)果，回歸年的長度短于恒星年，天體的赤經(jīng)、赤緯和黃經(jīng)都要受到影響，但卻不能改變地理經(jīng)度和地理緯度。極移與進動的區(qū)別極移與進動的區(qū)別極移極移是地極的

18、移動，不涉及天極在天球上位置的變化；是地極的移動，不涉及天極在天球上位置的變化；進動進動造成天極的移動，不涉及地極在地面上的位置的變化造成天極的移動，不涉及地極在地面上的位置的變化（三）地球自轉(zhuǎn)的周期（三）地球自轉(zhuǎn)的周期 籠統(tǒng)的說，地球自轉(zhuǎn)的周期是1日。 為了計量地球自轉(zhuǎn)周期，必須在地球之外選定參考點。根據(jù)天球上不同的參考點（參考點（恒星、太陽、月球恒星、太陽、月球）計量的地球自轉(zhuǎn)周期，其長度是不同的。因此，就有各種不同的日恒星日、太陽日和太陰日恒星日、太陽日和太陰日。 通常所說的1日（一晝夜）是指太陽日。 某恒星連續(xù)兩次通過某地上中天的時間間隔。也就是恒星（或春分點）連續(xù)兩次由東向西通過同一

19、子午圈的時間間隔（地球自轉(zhuǎn)的真正周期，但有細微差別） 1恒星日恒星日23小時小時56分分6060303000北極北極A1、恒星日、恒星日 太陽連續(xù)兩次在同地中天的周期，也就是太陽中心連續(xù)兩次由東向西通過同一子午圈的時間間隔。 1太陽日太陽日24小時（平均長度）小時（平均長度）6060303000北極北極A2、太陽日、太陽日 太陽日是晝夜交替的周期，是人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫娜眨捎谔柕闹苣赀\動，太陽每天在天球上向東走59，地球上同一方向在追趕太陽的過程中，自轉(zhuǎn)一圈后還要再轉(zhuǎn)59才能趕上太陽。3、太陰日、太陰日 月球連續(xù)兩次在同地中天所經(jīng)歷的時間，也就是月球中心連續(xù)兩次由東向西通過同一子午圈的時間

20、間隔。 1太陰日太陰日24小時小時50分（平均長度）分（平均長度） 太陰日太陰日是地面潮汐漲落的周期，它比太陽日長52分分，這是由于月球繞地球公轉(zhuǎn)造成的，月球自西向東繞地球旋轉(zhuǎn)，周期為一個恒星月27.3217日日，也就是每個太陽日向東轉(zhuǎn)1310，每個太陰日向東轉(zhuǎn)1338，這樣在一個太陰日期間，地球自轉(zhuǎn)的角度不是360，而是37338，地球上同一位置在追趕月亮的過程中，自轉(zhuǎn)一圈后還要再轉(zhuǎn)1338才能趕上太陽。一恒星日，地球自轉(zhuǎn)一恒星日，地球自轉(zhuǎn)360，一太陽日，地球公轉(zhuǎn)一太陽日，地球公轉(zhuǎn)59 ，自，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)36059 。太陽日比恒星日約長太陽日比恒星日約長4分鐘分鐘。恒星日與太陽日比較恒星日與太陽

21、日比較恒星日與太陰日的區(qū)別恒星日與太陰日的區(qū)別M1M21338M3在1太陰日中，地球自轉(zhuǎn)了373 38太陰日比恒星日長54分鐘分鐘，比太陽日長50分鐘分鐘恒恒星星日日與與太太陰陰日日比比較較參考點地球自轉(zhuǎn)角度所需時間恒星日太陽日太陰日三種周期的比較三種周期的比較問題？問題？每天長度（太陽日）都一每天長度（太陽日）都一樣（樣（24hr）嗎？）嗎？（四）真（視）太陽日與平太陽日（四）真（視）太陽日與平太陽日 真真（視）（視）太陽日：太陽日：因季節(jié)而變化的太陽日。 平太陽日：平太陽日： 真太陽日的全年平均值（24 hrs，作為時間單位）為什么真實的太陽日長度每天不同？為什么真實的太陽日長度每天不同？

22、1、太陽日以太陽為參照物，因地球公轉(zhuǎn)速度不均（橢圓軌、太陽日以太陽為參照物，因地球公轉(zhuǎn)速度不均（橢圓軌道），每天向東進的距離不一樣，我們所見的太陽每天東道），每天向東進的距離不一樣，我們所見的太陽每天東進（黃經(jīng)增加）的速度也不一樣。近日點快，遠日點慢。進（黃經(jīng)增加）的速度也不一樣。近日點快，遠日點慢。2、即使太陽每天東進（黃經(jīng)增加）是均勻的，但時間的計、即使太陽每天東進（黃經(jīng)增加）是均勻的，但時間的計算是以太陽的時角（或赤經(jīng)）度量的。由于黃赤交角的存算是以太陽的時角（或赤經(jīng)）度量的。由于黃赤交角的存在，黃經(jīng)增加相同并不代表赤經(jīng)增加也一樣。在，黃經(jīng)增加相同并不代表赤經(jīng)增加也一樣。太陽每日赤經(jīng)差因

23、季節(jié)而異，太陽每日赤經(jīng)差因季節(jié)而異，視太陽日長度有季節(jié)變化。視太陽日長度有季節(jié)變化。太陽每日太陽每日赤經(jīng)差季節(jié)變化的原因：赤經(jīng)差季節(jié)變化的原因：u 主要原因主要原因黃赤交角黃赤交角 我們先假設太陽周年運動的速度是均勻的。由于太陽周由于太陽周年運動的路線是年運動的路線是黃道黃道，所以太陽日的長短與，所以太陽日的長短與周日黃經(jīng)差周日黃經(jīng)差有關有關系系，太陽每日黃經(jīng)差因季節(jié)而變化太陽每日黃經(jīng)差因季節(jié)而變化，而直接影響太陽日長短的則是黃經(jīng)差所引起的赤經(jīng)差黃經(jīng)差所引起的赤經(jīng)差（因為太陽日是地球圍繞地軸旋轉(zhuǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過太陽中天，反映的是赤徑的變化，太陽的周年運動反映在黃經(jīng)的變化上，但太陽日還是由地球的自轉(zhuǎn)

24、來度量的），每日赤經(jīng)差越大，太陽日便越長每日赤經(jīng)差越大，太陽日便越長。 由于第二赤道坐標系的基圈與黃道坐標系的基圈不同，因此，同樣的黃經(jīng)差有不同的赤經(jīng)差。具體差異與黃赤道交角有關。PPKK天赤道天赤道黃道黃道PPKKg g 天赤道天赤道黃道黃道 全年極小值：全年極小值：春秋二分春秋二分（天赤道與黃道交角最大，2326）每日赤經(jīng)差：59-5=54，太陽日時間減少21秒秒。 全年極大值：全年極大值：冬夏二至冬夏二至（天赤道與黃道平行）每日赤經(jīng)差：59+5=64，太陽日時間增加21秒秒。 也就是說，即使每日的黃經(jīng)差是均勻的，即太陽周年運動是均勻的，每日赤經(jīng)差也是不均勻的，由于不同季節(jié)黃赤交角的存在，

25、造成了赤經(jīng)差的周年變化。 那么如果只考慮黃赤交角，一年中最長的真太陽日在冬夏二至，24時時0分分21秒秒，最短的真太陽日在春秋二分，23時時59分分39秒秒。黃赤交角與視太陽日長度黃赤交角與視太陽日長度u 次要原因次要原因橢圓軌道 由于地球的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓，日地距離的變化使地球在軌道上不同位置，公轉(zhuǎn)速度不等，也就造成了太陽周年運動速度的不均勻。這就造成了太陽黃經(jīng)差本身的周年變化。橢圓軌道（公轉(zhuǎn)速度）與視太陽日長度橢圓軌道（公轉(zhuǎn)速度）與視太陽日長度全年最大：全年最大：近日點（近日點（1月初），地球公轉(zhuǎn)速度最快月初），地球公轉(zhuǎn)速度最快每日黃經(jīng)差每日黃經(jīng)差 = 59 2=61，相應的赤經(jīng)差增加2，真

26、太陽日增加8秒全年最?。喝曜钚。哼h日點（遠日點（7月初），地球公轉(zhuǎn)速度最慢月初），地球公轉(zhuǎn)速度最慢每日黃經(jīng)差每日黃經(jīng)差 = 59 2=57，相應的赤經(jīng)差減少2，真太陽日減少8秒 如果橢圓軌道是真太陽日長度變化的唯一原因，那么，一年中最長的真太陽日在1月初月初，長度：24時時0分分8秒秒，一年中最短的真太陽日在7月初月初，長度：23時時59分分52秒秒。1月2日視午 1月1日視午 4月2日視午 4月1日視午 7月2日視午 7月1日視午（a）視太陽日平太陽日 （a）視太陽日平太陽日 （a）視太陽日平太陽日（a）一月初，地球近近日點，太陽每日赤經(jīng)差達極大值（）一月初，地球近近日點，太陽每日赤經(jīng)差達

27、極大值（61 ），）， 視太陽日最長。視太陽日最長。（b）四月初，太陽每日赤經(jīng)差為全年平均值（）四月初，太陽每日赤經(jīng)差為全年平均值（59 ），視太陽日），視太陽日=平太陽日。平太陽日。（c）七月初，地球近遠日點，太陽每日赤經(jīng)差達極小值（）七月初，地球近遠日點，太陽每日赤經(jīng)差達極小值（57 ），）， 視太陽日最短。視太陽日最短。橢圓軌道與視太陽日長度橢圓軌道與視太陽日長度 綜上所述，影響太陽每日赤經(jīng)差季節(jié)變化的因素是黃赤交角和橢圓公轉(zhuǎn)軌道，黃赤交角是主要影響因素，影響真太陽長度的變化為21秒；橢圓軌道的影響為8秒。所以，在兩個因素疊加作用下，真太陽日長度變化在二至真太陽日長度變化在二至日最長日最

28、長，其中冬至（發(fā)生在冬至前后，12月23日）略長于夏至；二分時最短二分時最短，秋分（發(fā)生于秋分前，9月17日）比春分略短，最大、最小相差約50秒。視太陽日長度的周年變化視太陽日長度的周年變化點線點線為長度因黃赤交角而發(fā)生的變化，為長度因黃赤交角而發(fā)生的變化，虛線虛線為視太陽日長度因日地距離而發(fā)生為視太陽日長度因日地距離而發(fā)生的變化，的變化， 實線表示二者的疊加，主極大在冬至后，次極大在夏至前；主極小在實線表示二者的疊加，主極大在冬至后，次極大在夏至前；主極小在秋分前，次極小在春分后。秋分前，次極小在春分后。（五）地球自轉(zhuǎn)的速度（五）地球自轉(zhuǎn)的速度u 地球自轉(zhuǎn)速度包括地球自轉(zhuǎn)速度包括線速度（線速

29、度（）和和角速度（角速度（）兩種。兩種。 角速度（角速度（）：）：單位時間內(nèi)地球繞軸自轉(zhuǎn)的角度。 360/360/23h56m 15/h 線速度（線速度（） ：V02 R/T=465m/s V V0 cos V0為赤道上的線速度；V為緯度上的線速度； T/s為地球自轉(zhuǎn)周期； R/m為赤道半徑地球自轉(zhuǎn)的線速度因緯度和高度而不同。u 地球自轉(zhuǎn)速度的變化：地球自轉(zhuǎn)速度的變化： 上面講的是地球自轉(zhuǎn)的平均速度。事實上，地球自轉(zhuǎn)的速度是不均勻的，有長期變化、周期變化和不規(guī)則變長期變化、周期變化和不規(guī)則變化化。 長期變化（減慢）：長期變化（減慢）：這種減慢是由于月球?qū)Φ厍虻某毕饔迷斐傻?，它使一日的長度在一

30、百年內(nèi)大約增長1-2毫秒。由于減慢不太顯著，所以只有在長期積累后才會產(chǎn)生影響。 古生物學家在研究珊瑚化石時發(fā)現(xiàn)，珊瑚蟲每天分泌的碳酸鈣，在其軀殼上形成一條極細小的日紋；這些日紋又匯集成一條與其他年份顯著不同的生長帶，如同樹木年輪一樣。由此得知在四億年前古生代泥盆紀的珊瑚化石中每個生長帶有400條日紋，在三億年前石炭紀的有395條，在六千五百萬年前中生代晚白堊紀有376條。這表明從泥盆紀到白堊紀一年的天數(shù)由400天天減少到376條條，目前是365天天。這個事實，證實了一日長度在增長，地球自轉(zhuǎn)在減慢。地球自轉(zhuǎn)速度的變化地球自轉(zhuǎn)速度的變化長期變化（減慢）的證據(jù)：長期變化（減慢）的證據(jù)： 周期變化：周

31、期變化： 地球自轉(zhuǎn)的周期性變化主要包括周年周期周年周期、半年周期半年周期、月周期月周期、半月周期半月周期以及近周日和半周日周期近周日和半周日周期的變化。周年變化周年變化，也稱為季節(jié)性變化季節(jié)性變化，表現(xiàn)為春天地球自轉(zhuǎn)變慢，秋天地球自轉(zhuǎn)加快。振幅為2025毫秒，主要由風的季節(jié)性變化引起。半年變化半年變化，主要由太陽潮汐作用引起的，振幅為89毫秒。月周期和半月周期變化，是由月亮潮汐力引起的，振幅約為1毫秒。周日和半周日變化周日和半周日變化，主要由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的，振幅只有約0.1毫秒。 不規(guī)則變化：不規(guī)則變化：這種變化是由于地球內(nèi)部物質(zhì)的移動或太陽活動強盛時對地球的影響造成的。變化

32、無一定規(guī)律，有時自轉(zhuǎn)快些，有時自轉(zhuǎn)慢些。這些變化比較大，而且難以預先估計。三、地球自轉(zhuǎn)的后果三、地球自轉(zhuǎn)的后果 天體的周日運動天體的周日運動 不同天體的周日運動不同天體的周日運動 因天體而異因天體而異 不同緯度的周日運動不同緯度的周日運動 因地點而不同因地點而不同 水平運動的左右偏轉(zhuǎn)水平運動的左右偏轉(zhuǎn)（一）不同天體的周日運動 我們一般認為恒星在天球上是固定的，那么恒星恒星的周日運動就是地球自轉(zhuǎn)的單純反映。它從下面三個方面反映地球自轉(zhuǎn)的情況：（1）恒星周日運動的路線（周日圈），即各自所在的赤）恒星周日運動的路線（周日圈），即各自所在的赤緯圈，都以南北天極為不動的中心。緯圈，都以南北天極為不動的中

33、心。（2）天和地的關系，猶如球面與球心的關系，周日運動）天和地的關系，猶如球面與球心的關系，周日運動的方向應同地球自轉(zhuǎn)方向相反，天體的東升西落，說明地的方向應同地球自轉(zhuǎn)方向相反，天體的東升西落，說明地球自西向東自轉(zhuǎn)。球自西向東自轉(zhuǎn)。（3）恒星周日運動的周期（恒星日）和（角）速度，如）恒星周日運動的周期（恒星日）和（角）速度，如實地反映了地球自轉(zhuǎn)的周期和它的角速度。實地反映了地球自轉(zhuǎn)的周期和它的角速度。恒星的周日視運動恒星的周日視運動軌道軌道周日圈與天赤 道基本平行；方向方向順時針；周期周期1個恒星日；角速度角速度360/日。 太陽和月亮由于距離地球近，它們的巡天運動不同于其它恒星，他們的周期不

34、是地球自轉(zhuǎn)的單純反映，太陽除了周日運動外還有地球繞太陽造成的巡天運動，月亮還有它本身繞轉(zhuǎn)地球造成的巡天運動，它們的方向都朝東，與周日運動方向相同，所以二者的周日運動周期都比恒星周期長。太陽日比恒星日長約4分，太陰日比恒星日長54分。太陽的周日視運動太陽的周日視運動軌跡軌跡周日圈近似與天赤道平行，二至日周日圈的赤緯 =2326，二分日周日圈與天赤道重合， = 0。從冬至到第二年冬至之間有大約365個周日圈，如圖示。由于太陽周年視運動方向向東。一天約變化1度左右，造成太陽日長度（因公轉(zhuǎn)因素）比恒星日短。周期周期 1個太陽日，24小時角速度角速度 359/日。所有的恒星每天中天的時刻提前4分鐘，而太

35、陽每天升起和落下的時刻也不同。這是地球公轉(zhuǎn)造成的。月球的周日視運動月球的周日視運動周期周期太陰日，24時50分；角速度角速度因月球每日東行13左右，所以角速度為36013=347/日。因此，月球每天中天時刻推遲50分鐘左右。日、月、星三者出沒的方位、中天的高度差異：日、月、星三者出沒的方位、中天的高度差異：日、月、星三者出沒方位的差異和中天高度的差異，是由周日圈與地平圈日、月、星三者出沒方位的差異和中天高度的差異，是由周日圈與地平圈的分割狀況不同造成的。的分割狀況不同造成的。 恒星恒星因為恒星周日圈周而復始，每天基本不變。所以，每顆恒星都因為恒星周日圈周而復始，每天基本不變。所以，每顆恒星都有

36、自己不變的出沒方位和中天高度。有自己不變的出沒方位和中天高度。 太陽和月球太陽和月球太陽和月球的周日圈，則因日、月赤緯的變化而與天赤太陽和月球的周日圈，則因日、月赤緯的變化而與天赤道近似平行，并有南北方向的變化（太陽道近似平行，并有南北方向的變化（太陽=，月球，月球=509）因此，）因此，每天出沒的方位和中天高度均有差異。每天出沒的方位和中天高度均有差異。（二）不同緯度的周日運動 地轉(zhuǎn)的結(jié)果引起天旋，因天旋使我們四季可看到不同的星，如廣州、哈爾濱兩市所見天空中的星不同。即使可以見到同一顆星，其地平高度也不同。又如在鄭州，有的星終日可見，有的永不可見（如大、小麥哲倫星云）；有的夏季可見（如牛郎星

37、、織女星），有的冬季可見（如參宿四、天狼星）等，這是因為不同緯度的周日視運動不同而造成的。 天球周日運動以仰極為繞轉(zhuǎn)中心，而一地的仰極高度等于當?shù)氐牡乩砭暥?。各地所見的天球范圍及周日圈情況，皆因緯度而不同。 不同緯度地平圈與周日圈的關系，及恒顯星區(qū)恒顯星區(qū)、恒恒隱星區(qū)隱星區(qū)和出沒星區(qū)出沒星區(qū)三大星區(qū)范圍情況如下：恒顯星：恒顯星：在北半球看來，天北極周圍恒星永不落入地平，這部分周日圈全部位于地平以上的恒星稱為恒顯星； 恒隱星：恒隱星：天南極周圍恒星永不升起南方地平，這部分周日圈全部位于地平以下的恒星稱為恒隱星； 出沒星：出沒星：介于上述兩部分星區(qū)之間的恒星，有東升西落，這部分周日圈與地平圈相交的恒星稱為出沒星； 不同緯度的天球周日運動不同緯度的天球周日運動北極北極，只有恒，只有恒顯星和恒隱星，顯星和恒隱星，無出沒星；周無出沒星；周日圈平行于地日圈平行于地平圈。平圈。赤道赤道，只有出沒星，只有出沒星，無恒顯星和恒隱星；無恒顯星和恒隱星；周日圈垂直于地平周日圈垂直于地平圈。圈。北半球某緯度北半球某緯度，南北天極周，南北天極周圍有恒顯星和恒隱星，天赤圍有恒顯星和恒隱星，天赤道