公轉周期

公轉周期是行星繞恆星或是衛星繞行星轉動一周所用的時間
  • 中文名稱
    公轉周期
  • 外文名稱
    Period of revolution
  • 地球自轉周期
    恆星日和太陽日
  • 釋義
    行星繞恆星轉動一周所用的時間
  • 意義
    劃分時間

​地球公轉周期

從北極上看從北極上看

地球的自轉運動有兩個周期即恆星日和太陽日,那麽,地球的公轉運動是否隻有回歸年一個周期呢? 地球繞日公轉存在三個周期:恆星年、近點年和回歸年。

1、恆星年: 以某一遙遠的恆星作為參照物,地球繞太陽運轉360度的歷時,T=365.25636日,它是地球公轉的真正周期。隻有用恆星年才能準確真實地計算出地球公轉的角速度和線速度。

2.近點年: 地球繞日運轉的軌道是一個近似正圓的橢圓軌道,地球中心連續兩次經過軌道上的近日點(或遠日點)的時間間隔,是地球公轉速度的變化周期。這是近 點年的定義。由于近日點和遠日點的前移(每年東移11秒)其長度為(如下圖)近點年:T=365.25964日比恆星年長0.00328日,近點年也是日地距離變化的周期,又是整個地球接受太陽輻射能數值發生變化的周期,不是地球公轉的真正周期。

3.回歸年是太陽直射點回歸運動的周期,T=365.2422日 它比恆星年短0.01415日.

回歸年略短于恆星年的現象叫做歲差,歲差是地球公轉和地軸運動相結合的結果,這種結合決定了二分二至地球位置不是定點,而是在公轉軌道上不斷西移的動點,從而導致地球公轉一周不等于太陽直射點緯度變化一周。回歸年雖不是地球公轉的真正周期,但它是地球上季節變化的周期,對人類有著十分重要的意義,我們生活中的“年”的概念,通常就是指回歸年,陽歷中的具體年歷就是依據回歸年來排定的,這也就成為我們學習的重點內容。

周期及歲差

公轉周期為一個恆星年,需時365日6時9分10秒或365.2564日。地球繞太陽公轉一周所需要的時間,就是地球公轉周期。籠統地說,地球公轉周期是一“年”。因為太陽周年視運動 的周期與地球公轉周期是相同的,所以地球公轉的周期可以用太陽周年視運動來測得。地球上的觀測者,觀測到太陽在黃道上連續經過某一點的時間間隔,就是一“年”。由于所選取的參考點不同,則“年”的長度也不同。常用的周期單位有恆星年、回歸年和近點年。地球公轉的恆星周期就是恆星年。這個周期單位是以恆星為參考點而得到的。在一個恆星年期間,從太陽中心上看,地球中心從以恆星為背景的某一點出發,環繞太陽運行一周,然後回到天空中的同一點;從地球中心上看,太陽中心從黃道上某點出發,這一點相對于恆星是固定的,運行一周,然後回到黃道上的同一點。因此,從地心天球的角度來講,一個恆星年的長度就是視太陽中心,在黃道上,連續兩次通過同一恆星的時間間隔。恆星年是以恆定不動的恆星為參考點而得到的,所以,它是地球公轉360°的時間,是地球公轉的真正周期。用日的單位表示,其長度為365.2564日,即365日6小時9分10秒。地球公轉的春分點周期就是回歸年。這種周期單位是以春分點為參考點得到的。在一個回歸年期間,從太陽中心上看,地球中心連續兩次過春分點;從地球中心上看,太陽中心連續兩次過春分點。從地心天球的角度來講,一個回歸年的長度就是視太陽中心在黃道上,連續兩次通過春分點的時間間隔。春分點是黃道和天赤道的一個交點,它在黃道上的位置不是固定不變的,每年西移50″.29,也就是說春分點在以“年”為單位的時間裏,是個動點,移動的方向是自東向西的,即順時針方向。而視太陽在黃道上的運行方向是自西向東的,即逆時針的。這兩個方向是相反的,所以,視太陽中心連續兩次春分點所走的角度不足360°,而是360°—50″.29即359°59′9″.71,這就是在一個回歸年期間地球公轉的角度。因此,回歸年不是地球公轉的真正周期,隻表示地球公轉了359°59′9″.71的角度所需要的時間,用日的單位表示,其長度為365.2422日,即365日5小時48分46秒。地球公轉的近日點周期就是近點年。這種周期單位是以地球軌道的近日點為參考點而得到的。在一個近點年期間,地球中心(或視太陽中心)連續兩次過地球軌道的近日點。由于近日點是一個動點,它在黃道上的移動方向是自西向東的,即與地球公轉方向(或太陽周年視運動的方向)相同,移動的量為每年11″,所以,近點年也不是地球公轉的真正周期,一個近點年地球公轉的角度為360°+11″,即360°0′11″,用日的單位來表示,其長度365.2596日,即365日6小時13分53秒。隻有恆星年才是地球公轉的真正周期。在下面章節中,我們將學習到回歸年是地球寒暑變化周期,即四季變化的周期,它與人類的生活生產關系極為密切。回歸年略短于恆星年,每年短20分24秒,在天文學上稱為歲差。為什麽春分點每年西移50″.29而造成歲差現象呢?這是地軸進動的結果。地軸的進動同地球的自轉、地球的形狀、黃赤交角的存在以及月球繞地球公轉軌道的特征,有著密切的聯系。地軸的進動類似于陀螺的旋轉軸環繞鉛垂線的擺動。當急轉的陀螺傾斜時,旋轉軸就繞著與地面垂直的軸線,畫圓錐面,陀螺軸發生緩慢的晃動。這是因為地球引力有使它傾倒的趨勢,而陀螺本身旋轉運動的慣性作用,又使它維持不倒,于是便在引力作用下發生緩慢的晃動。這就是陀螺的進動。地球的自轉,就好像是一個不停地旋轉著的龐大無比的大“陀螺”,由于慣性作用,地球始終在不停地自轉著。地球自身的形狀類似于一個橢球體,赤道部分是凸出的,即有一個赤道隆起帶。同時,由于黃赤交角的存在,太陽中心與地球中心的連線,不是經常通過赤道隆起帶的。所以,太陽對地球的吸引力,尤其是對于赤道隆起帶的吸引力,是不平衡的。另外,月球繞地球公轉的軌道平面,與黃道面和天赤道面都不重合,與黃道面呈5°9′的夾角,也就是說,地球中心與月球中心的連線,也不是經常通過赤道隆起帶。所以,月球對地球的吸引力,尤其是對赤道隆起帶的吸引力,也是不平衡的。據萬有引力定律,F1>F2。日月的這種不平衡吸引力,力圖使赤道面與地球軌道面相重合,達到平衡狀態。但是,地球自轉的慣性作用,使其維持這種傾斜狀態。于是,地球就在月球和太陽的不平衡的吸引力共同作用下產生了擺動,這種擺動表現為地軸以黃軸為軸做周期性的圓錐運動,圓錐的半徑為23°26′,即等于黃赤交角。地軸的這種運動, 稱為地軸進動。地軸進動方向為自東向西,即同地球自轉和公轉方向相反,而陀螺的進動方向與自轉方向是一致的。這是因為陀螺有“傾倒”的趨勢,而地軸有“直立”的趨勢。 地軸進動的速度非常緩慢,每年進動50″.29,進動的周期是25800年。由于地軸的進動,造成地球赤道面在空間的傾斜方向發生了改變,引起天赤道相應的變化,致使天赤道與黃道的交點——春分點和秋分點,在黃道上相應地移動。移動的方向是自東向西的,即與地球公轉方向相反,每年移動的角度為50″.29。因此,年的長度,以春分點為參考點周期單位要比以恆定不動的恆星為參考點的周期單位略短,這就是產生歲差的原因。由于地軸的進動,造成地球的南北兩極的空間指向發生改變,使天極以25800年為周期繞黃極運動。所以,天北極和天南極在天球上的位置也是在緩慢地移動著。北極星在公元前3000年曾是天龍座α星,目前的北極星在小熊座α星附近,到了公元7000年,移到仙王座α星附近,到公元14000年,織女星將成為北極星。由于地軸進動造成天極和春分點在天球上的移動,以其為依據而建立起來的天球坐標系也必然相應地變化。對赤道坐標系來說,恆星的赤經和赤緯要發生變化,對黃道坐標系來說,恆星的黃經要發生改變。但是,地軸的進動不改變黃赤交角,即地軸在進動時,地軸與地球軌道面的夾角始終是66°34′。由于地軸進動而造成的天極、春分點的移動角度相對來講是很微小的,在較長的時間裏不會有很大的移動。仍然可以說天極和春分點在天球上的位置不變,恆星的赤經、赤緯和黃經也可以粗略地認為是不變的,以此為依據而建立的星表、星圖仍是可以長期使用的

八大行星

水星  87.7日

金星 224.70日

地球 365.2422日

火星  686.98日 

木星  4332.71日

土星 10759.5日

天王星 30685日 

海王星60190日

哈雷慧星

哈雷慧星的公轉周期是76年

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