《地球與空間科學(xué)》6 (1)

1、第六章 地球及其運(yùn)動 地球和月球的關(guān)系： 姐妹 母女 情人 (同源說、分裂說和俘獲說 ) 地球已經(jīng)是一個46億歲的老壽星了，她起源于原始太陽星云。約在3040億年前，地球已經(jīng)開始出現(xiàn)最原始的單細(xì)胞生命，后來逐漸進(jìn)化，出現(xiàn)了各種不同的生物。 地球的自轉(zhuǎn) 地球就像一只陀螺，沿著自轉(zhuǎn)軸自西向東不停地旋轉(zhuǎn)著。她的自轉(zhuǎn)周期為23小時56分4秒，約等于24小時。 同時，地球還圍繞太陽公轉(zhuǎn)，她的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形，軌道的半長徑達(dá)到149,597,870公里。公轉(zhuǎn)一周要365.25天，為一年。 地球自轉(zhuǎn)的證明方法： 落體偏東 傅科擺 貝爾定律傅科擺地球的自轉(zhuǎn)，有許多理論和實(shí)驗(yàn)上的證據(jù)。其中最雄辯和直觀的證據(jù)，當(dāng)

2、推法國物理學(xué)家傅科（18191868）在巴黎進(jìn)行的擺的實(shí)驗(yàn)。擺總是力圖保持其擺動面的方向不變。有了這個不變的擺動面作標(biāo)記，人們就有條件目睹足下大地的旋轉(zhuǎn)而深信不疑。傅科擺與普通單擺沒有什么根本的不同。為了使擺動的持續(xù)時間達(dá)到足夠長度，以便能清楚地看出地球自轉(zhuǎn)的效果，傅科擺比普通單擺要大得多。傅科當(dāng)時用一根67米長的鋼絲繩為擺長，上端系在教堂大廳的穹頂上，下端吊一個27千克重的金屬球，構(gòu)成一個舉世罕見的特大號的單擺。繩長，是為了增加擺的振幅和周期；錘重，是為了有效地克服空氣阻力的影響。擺錘的下方嵌一枚尖針；地面上，在擺錘往返經(jīng)過的地方，安放二個沙盤。這樣，當(dāng) 擺錘往復(fù)擺動的時候，尖針便在沙盤上劃

3、出一道道痕跡來。傅科的實(shí)驗(yàn)表明，擺錘在沙盤上留下的痕跡并不重合，但都在中心相交。他當(dāng)時測定，在離中心4米遠(yuǎn)的沙盤上，擺錘連續(xù)二次所劃出的痕跡，相隔3.6mm。很明顯，相對于地面（沙盤）方向來說，擺動面在緩慢地、持續(xù)地沿順時針方向偏轉(zhuǎn)。貝爾定律 在北半球，河流對右岸的沖刷比對左岸強(qiáng)烈，以致大河右岸通常較為陡峻，而左岸較為平緩。由于這個原因，北半球的河流一般總是從右面繞過障礙，南半球情形相反。 歲差和章動（precession and nutation) 在外力作用下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間并不保持固定的方向,而是不斷發(fā)生變化。地軸的長期運(yùn)動稱為歲差,而其周期運(yùn)動則稱為章動。歲差和章動引起天極和春分點(diǎn)在

4、天球上的運(yùn)動，對恒星的位置有所影響。 像轉(zhuǎn)動中的陀螺一樣，地球的自轉(zhuǎn)軸在太空中其實(shí)并不固定，而是以26000年的周期在轉(zhuǎn)動，這個運(yùn)動稱為歲差，所以，春分點(diǎn)和天球北極的位置亦會非常緩慢地移動。 章動 地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞著黃道軸轉(zhuǎn)動的同時，還伴隨有許多短周期的微小變化。月球軌道面（白道面）位置的變化是引起章動的主要原因。白道的升交點(diǎn)沿黃道向西運(yùn)動，約18.6年繞行一周，因而月球?qū)Φ厍虻囊ψ饔靡灿型恢芷诘淖兓Ｔ谔烨蛏?，表現(xiàn)為天極（真天極）在繞黃極運(yùn)動的同時，還圍繞其平均位置（平天極）作周期為18.6年的運(yùn)動。同樣，太陽對地球的引力作用也具有周期性變化，并引起相應(yīng)周期的章動。歲差和章動的共同影響

5、，使得真天極繞著黃極在天球上描繪出一條波狀曲線。除太陽和月球的引力外，地球還受到太陽系內(nèi)其他行星的吸引，從而引起黃道面位置的不斷變化，這不僅使黃赤交角改變，而且還使春分點(diǎn)沿赤道產(chǎn)生一個微小的位移（其方向與日月歲差相反），春分點(diǎn)的這種位移稱為行星歲差?？筛鶕?jù)天體力學(xué)理論計(jì)算出來. 極移 由于地軸進(jìn)動，導(dǎo)致春分點(diǎn)移動（26000年轉(zhuǎn)一圈）。所以太陽回到春分點(diǎn)所需的時間（回歸年）比回到原來的恒星方向所需的時間要短，關(guān)系為： 恒星年 - 回歸年 1恒星年=1.00003878回歸年 1回歸年=365.2422日 1恒星年=365.2564日；相差約20分種。 205360360. 恒星日、真太陽日與平

6、太陽日 太陽日是晝夜交替的周期，它的長度不僅取決于地球自轉(zhuǎn)周期，而且也包含著地球公轉(zhuǎn)的因素。地球自轉(zhuǎn)可以被認(rèn)為是均勻的，因而恒星日長度是不變的；但是，公轉(zhuǎn)的影響是非均勻的，因而太陽日的長度略因季節(jié)而變化。這種因季節(jié)而變化的太陽日，叫真太陽日（或視太陽日）。真太陽日的全年平均值，叫平太陽日（即平均太陽日）。作為時間單位的太陽日是平太陽日。 地方時與標(biāo)準(zhǔn)時 1.地方時 計(jì)量時間都以天體(恒星或太陽)的時角為依據(jù),而天體的時角是以觀測點(diǎn)的子午圈為起算點(diǎn),不同地理經(jīng)圈的觀測點(diǎn)都有自己的子午圈,由不同的天子午圈計(jì)量的時間是不同的,所以每一個觀測地點(diǎn)都是各自的計(jì)量時間系統(tǒng),稱為地方系統(tǒng),計(jì)量所得的時間稱為

7、地方時. 2.標(biāo)準(zhǔn)時 以某一標(biāo)準(zhǔn)子午線的地方時為鄰近地區(qū)的共同時間,這樣的時間計(jì)量稱為標(biāo)準(zhǔn)時,或稱為區(qū)時.現(xiàn)將全世界劃為24個時區(qū),每個時區(qū)跨越經(jīng)度15.以英國倫敦格林威治天文臺(舊址)所在的子午線為時間和經(jīng)度計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參考子午線,稱其為本初子午線,即地理經(jīng)度零度線.本初子午線的地方平太陽時,即為格林威治時間,又稱世間時. 從本初子午線開始,分別向東和向西每隔15確定一條經(jīng)線為標(biāo)準(zhǔn)時線,即東經(jīng)15 、30 、45 180和西經(jīng)15 、30 、45 180。在標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線東西各7.5經(jīng)度范圍內(nèi)屬于同一時區(qū)。在同一時區(qū)內(nèi)，都采用本區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時線的地方平太陽時作為全區(qū)的統(tǒng)一時間，稱為區(qū)時，又稱標(biāo)準(zhǔn)時。 日界

8、線 以經(jīng)度180為界，東12區(qū)比西12區(qū)日期要早一天。凡從西向東越過該線，日期減一天；相反，從東向西越過該線，日期加一天。 這條穿過太平洋的“國際日期變更線”，避開了一些島嶼和地區(qū)，這是為了使它們不致分成兩個日期，因此，它不是一條直線而是有幾個曲折的曲線。人們早晨 起來，常撕一張日歷，表示新的一天開始了。 對于居住在一定地區(qū)的人們來說，這是沒有問題的。但對用飛機(jī)、輪船作洲際航行的旅行者，就有點(diǎn)不方便了。例如，當(dāng)你在從東向西的航行中，因?yàn)槟闶窃谧汾s太陽，所以就感到白天“加長”了；相反，當(dāng)你從西向東航行時、由于是背離太陽、所以就好像有點(diǎn)白天“短”了的感覺。這樣，你就往往會記錯日子，把日歷翻錯。為了避免這種不方便，1884年起人們決定在太平洋中，把180經(jīng)線附近作為日界線（date line），又稱為國際日期變更線。當(dāng)日界線西側(cè)的東十二區(qū)是星期日12點(diǎn)時，日界線東側(cè)的西十二區(qū)還是星期六的12點(diǎn)中，兩者相差24小時（一天）。因而，當(dāng)飛機(jī)由西向東越過日界線（即從東十二區(qū)進(jìn)入西十二區(qū)），日期要退一日，反之日期要進(jìn)一日。同時為了考慮到行政管理上的便利，日界線并不嚴(yán)格地指東經(jīng)180度的經(jīng)