第 6 章. 地球运动
推荐帖子： 【地球科学】【地球科学目录】(https://jb243.github.io/pages/1566)
1. 地球自转
2. 地球革命
3. 地球运动
4. 地球时空
1.地球自转
⑴ 昼夜运动
① 恒星的日运动 ： 由于地球自转而导致的恒星视运动。周期为24小时。
○ 地球自转方向 ： 西 → 东。从天体北极看时为逆时针方向。
○ 昼夜运动方向 ： 东 → 西。从天体北极看顺时针（ ∵ 考虑到地球反向自转）
○ 日圆 : 恒星视运动的路径。与天赤道平行。
○ 恒星的视运动可以用天体南极方向的角速度矢量来分析。
○ 太阳和星星从东方升起、从西方落下的原因。
○ 南半球的星星从西边升起，从东边落下。
② 北极星、冉冉升起的星星、非冉冉升起的星星
○ 对于恒星赤纬 δ 和观测者纬度 Φ，
○ 极地星星 ： 永远不会落在地平线以下的星星。 (90° - Φ) ≤ δ ≤ 90°
○ 冉冉升起的星星 ： 在地平线上方升起和落下的星星。 -(90° - Φ) ≤ δ < (90° - Φ)
○ 不升起的星星 ： 永远不会升出地平线的星星。 -90°≤δ<-(90°-Φ)
○ 午夜太阳和极夜现象分别发生在太阳成为极星和非升起星时。
○ 这些条件不是从公式推导出来的，而是直观地理解的。
⑵ 地球自转的证据
① 傅科摆旋转
○ 北极
○ 摆振平面顺时针旋转 : 由于地球逆时针旋转和观察者的运动。
○ 轮转周期： A、B 重合的时间，24 小时。
图 1. 傅科摆在北极的旋转
○ 南极： 逆时针，24 小时制。
○ 赤道 : 振荡平面不旋转。
○ 任意纬度 ： 结合极地和赤道观测得出的结论。
图 2. 任意纬度角速度矢量的分解
○ 只有垂直于地面的角速度矢量分量影响振荡平面的旋转。与 sinθ (θ : 纬度) 相关。
○ 振荡平面的自转方向 ： 与地球自转相反，北半球顺时针，南半球逆时针。
○ 振荡平面旋转周期
② 科里奥利力
图 3. 科里奥利力
○ 使物体运动偏转的虚拟力。
○ 方向 ： 北半球运动方向呈直角偏转，南半球运动方向呈左角偏转。
○ 幅度 ： 两极最大，赤道为 0。
○ 公式 ： 对于质量 m、物体速度 v、地球角速度 ω、纬度 Φ，有：
③ 卫星西移现象 ： 从地球观测者角度观察到的固定轨道卫星因地球自转而产生的西移现象。
图4. 卫星向西漂移现象
④ 自由落体现象东偏： 自由落体物体在下落时偏向东的现象。
○ 假设： 地球半径R，物体A与表面距离h，纬度θ，角加速度Ω。
○ 表面观察者线速度 : RΩ cosθ
○ 物体A的线速度 : (R+h)Ω cosθ» ○ 物体 A 的线速度大于表面观察者的线速度，导致物体 A 相对于表面观察者进一步向东移动。
⑶ 地球自转引起的现象
① 昼夜发生。
②天体发生昼夜运动，即天体每小时自西向东移动15度。
③ 出现进动现象。
2.地球的革命
⑴ 地球公转的证据
①像差
○ 由于地球公转而观察到星光倾斜的现象。
○ 转速越高，像差越小。
② 太阳年运动
③ 年视差 ： 恒星位置以一年为周期出现周期性变化的现象，以地球-恒星-太阳系统形成的角度表示。
○ 最近恒星的年视差为 0.76 英寸。
○ 对于更远的恒星，视差会减小。
○ 视差 1” = 距离 1 秒差距，r (pc) = 1 / P”
○ 1838年由德国天文学家贝塞尔发现。
④ 星光多普勒效应：红移、蓝移。
⑵ 太阳年运动
① 太阳年运动： 太阳每天在星座中自西向东运动约1度。
图 5. 太阳年运动
图 6. 黄道周围的星座
○ 遥远的星座由于公转的影响较小。
○ 当地球自西向东公转时，太阳也自西向东移动。
○ 如果我们固定太阳，星座似乎每天从东向西移动约 1 度。
○ 示例： 六月中午，太阳所在的星座是金牛座。
○ 示例： 六月中午，东方天空升起的星座是狮子座。
○ 示例： 3月水瓶座赤经约为0h，6月金牛座赤经约为6h。
② 黄道 ： 太阳每年运动的路径。
图 7. 天球中的黄道面
○ 黄道星座（星座）：位于黄道上的 12 个星座
○ 黄道面与天球赤道面的倾角为23.5°
○ 年运动产生的角速度矢量与太阳视运动产生的角速度矢量形成180° - 23.5°的角度
○ 春分点06:00、夏至点12:00、秋分点18:00、冬至点24:00，其余按比例计算
○ 以上描述可能存在错误。以未来修订为准
③ 划分点和位置
图 8. 划分点和位置
○ 春分：黄道与天赤道的交点（例如春分、秋分）
○ 至日：太阳距天赤道最远的点（例如夏至、冬至）
○ 春分：赤纬 = 0°，赤经 = 0h
○ 夏至：赤纬 = 23.5°，赤经 = 6 小时
○ 秋分：赤纬 = 0°，赤经 = 12 小时
○ 冬至：赤纬 = -23.5°，赤经 = 18 小时
④ 太阳高度角的变化
○ 太阳正午高度（北半球）
○ 公式：h = 90° - Φ + δ（Φ：纬度，δ：太阳赤纬）
图 9. 太阳正午高度的公式
○ 太阳正午高度与地平线成 90° 角。冬至当天最高
○ 太阳正午高度（南半球）
○ 公式：h* = 90° - Φ* + δ*
○ h*：南半球太阳正午高度参考
○ Φ*：南半球参考纬度
○ δ*：南半球太阳赤纬参考> ○ 单位面积接收的太阳能量
○ 太阳高度为 h 时，单位面积表面接收到的太阳能量
○ 与太阳正午时的太阳能量（E0）与sin h的乘积成正比
○ 太阳高度角为 90°（中午）时太阳能最大
○ 不同季节的日照时间变化
○ 春分至秋分：白天 > 夜间
○ 春分、秋分：白天=夜间
○ 秋分至春分：白天 < 夜间
⑤ 季节的变化
○ 原因：太阳高度角和日照时间的变化
○ 夏季：北半球向太阳倾斜。太阳光在北纬 20° 左右几乎垂直。
○ 冬季：南半球向太阳倾斜。南纬 20° 左右，阳光几乎垂直。
○ 赤道地区阳光最集中，导致气温更高。
○ 在北半球，冬季离太阳的距离并不决定季节
⑶ 恒星运动
① 黄道面附近的恒星呈更接近直线的形状
② 黄极附近的恒星呈接近圆形的形状
③ 如果恒星一年后不在同一个位置，则它有自行运动
3。地球运动
⑴ 进动
① 一般指岁差
○ 岁差：由太阳和月亮引起的岁差
○ 行星进动：由其他行星引起的进动
② 地球进动：地球绕黄极轴自转
○ 倾斜23.5°
○ 每年自东向西旋转 50 角秒：春分沿黄道每年移动约 50 角秒
○ 大约26,000年的周期
③原因：地球赤道附近月球和太阳的引力作用
④ 结果：尝试将地球倾斜23.5°的轴直立起来
⑵ 岁差结果
① 天球北极运动
○ 天球北极每26000年绕黄道北极逆时针旋转一次
○ 大约12000年后，天球北极将接近北天极
② 春分的移动：每年移动 50 角秒（从东到西）→ 这会影响天球坐标
③ 恒星年和热带年（太阳年）的区别
○ 恒星年：太阳相对于星座回到同一位置的时间 = 365.2564 天
○ 热带年（太阳年）：太阳相对春分回到同一位置的时间 = 365.2422 天
○ 由于分点进动，恒星年比回归年长
⑶ 章动
⑷ 摇摆
4。地球时空
⑴ 时间
① 恒星时和太阳时
○ 恒星日：连续春分（地球实际自转周期）凌日的间隔时间，简称恒星日
○ 恒星时：天体凌日时的时角
○ 太阳日：连续太阳凌日之间的间隔，并不完全恒定，而是使用其一年平均值，即平均太阳日（24 小时）
○ 太阳时 = 太阳时角 + 12 小时
○ 时间方程：太阳时 - 平均太阳时，由于地球自转轴倾斜和轨道速度不恒定
② 标准时间
○ 当地时间：设置为平均太阳经过当地子午线的时间 12 点
○ 标准时间：太阳以 15° 间隔经过标准子午线时的时间设置为 12
○ 世界时间：皇家格林威治天文台当地时间
○ 国际日期变更线
○ 东西经约180°子午线» > ○ 从东到西（从西到东）穿越会导致增加（或减少）一天
⑵ 地点
①经度的确定：定义本初子午线为0°，东经为180°，西经为-180°
○ 使用两颗恒星同时凌日的方法：如果恒星 A 和 B 同时凌日当地时间 L 和 G
○ L 经度 = (A 星赤经 - B 星赤经) × 15°/小时 = (L 恒星时 - G 恒星时) × 15°/小时
○ L > 0：东经，L < 0：西经
○ 利用恒星凌日时间差的方法：如果恒星分别在时间 L 和 G 凌日 L 和 G
○ L 经度 = (G 时间 - L 时间) × 15°/小时
○ L > 0：东经，L < 0：西经
② 纬度的确定
○ 北极星高度角 = 纬度
○ 太阳高度角：h = 90° - Φ + δ，其中 Φ 为天纬度
⑶ 策略
① 农历：以月相周期（朔望月）29.5天为基准，一年为354天
○ 默催周期：19年7个闰月，与季节同步
○ 二十四节气：根据太阳黄道位置将一年分为24个部分
② 阳历：以太阳为基准，准确的季节
○ 儒略历：一年有365.25天，每4年有一个闰年
○ 公历
○ 由教皇格列高利十三世提出，纠正儒略历的不准确之处
○ 闰年可被 4 整除，但不能被 100 整除，除非能被 400 整除
○ 公历每年精确到 365.2422 天
输入： 2019.03.23 00:55