《地球的运动》PPT课件.ppt

信阳师范学院华锐学院,第三章 地球的运动,地球的自转,地球的公转,信阳师范学院华锐学院,第六节 地球的自转 地球自转及证明 地球自传的发现,北极,南极,日月星辰以日为周期在天球上绕地球自东向西运动的现象,上中天,下中天,信阳师范学院华锐学院,地球自转的证明 1、两极扁缩 2、落体偏东 3、 傅科摆 特征：摆长，锤重，持续时间长 偏转方向：北半球右偏，南半球左偏 偏转速度：因纬度而异， d/dt15sin /时,信阳师范学院华锐学院,傅科摆的特点,特殊的悬挂装置,长摆绳,重摆锤,刻有度数的圆盘,信阳师范学院华锐学院,傅科摆的特点是绳长、锤重，使摆动能持续较长时间，并在沙盘上留下摆动的轨迹。,图 3-1 傅科摆示意图,信阳师范学院华锐学院,1851年，傅科在巴黎万神庙用单摆成功的作了一次著名的实验，用以证明地球自转。 图为万神庙外观。,信阳师范学院华锐学院,悬挂于大厅的傅科摆,摆绳长67米,摆锤重27千克,下方为直径米的沙盘,信阳师范学院华锐学院,地球真的在转动啊！,傅科摆每经过一个周 期的震荡，在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹，在直径6米的沙盘边缘，两个轨迹之间相差大约3毫米。 “地球真的是在转动啊”，有的人不禁发出了这样的感慨。,信阳师范学院华锐学院,150年前傅科摆实验所用的 沙盘和标尺 现仍保存于巴黎万神庙大厅。,信阳师范学院华锐学院,图 3-2 傅科摆偏转速度,图 3-3 在两极，傅科摆偏转最快（与地球自转角速度相同）；在赤道，偏转速度为零。,信阳师范学院华锐学院,地球自转的规律性 一、 地轴与极移,极移是地极的移动，不涉及天极在天球上位置的变化；进动造成天极的移动，不涉及地极在地面上的位置的变化,图3-4 极移与进动的比较,信阳师范学院华锐学院,极移的后果：,1、两极在地表的移动 2、各地经纬度的微小变化,N,S,P,P,N,S,P,P,由于地球是非均质体，地球的自转轴在地球的本体内并不固定，可做微小的摆动，从而造成地球的两极在地表位置的变化，这种移动称为极移。 对极移来说，地轴被认为是不动的，是由于整个地球相对于地轴的移动造成的。,信阳师范学院华锐学院,极移曲线,幅度很小，不超过1515M2,以北极点为例,信阳师范学院华锐学院,极移并不改变天极在天球上的位置。极移是地球本身对于地轴的运动，而地轴的空间指向并不发生变化，故而天极在天球上的位置不因极移而变。因此，极移并不会影响天体的赤道坐标和黄道坐标。,地球在自传的同时还围绕太阳公转，由此产生了地轴的另一种运动，即地轴进动。,信阳师范学院华锐学院,二、 地轴进动 地轴的一种圆锥运动 地轴进动的几个要点： 圆锥轴垂直于轨道平面，指向黄极； 圆锥半径23（黄赤交角）； 方向向西（与地球自转和公转方向相反）； 速度每年50.29； 周期25 800年。,何为进动？,信阳师范学院华锐学院,陀螺的进动与地轴进动,由于惯性，陀螺要力图保持其中心轴线保持不变，于是在重力作用下产生进动，方向与其旋转方向相同。,信阳师范学院华锐学院,地轴进动,陀螺的进动,地轴以25800年为周期，以黄赤交角为角半径23。26绕黄轴自东向西的旋转运动,速度： 50.29“/年,地轴,黄轴,周期：25800年,信阳师范学院华锐学院,图 3-5 左：陀螺的进动（向东） 右：地球的进动（向西）,地轴进动的原因 地球形状； 黄赤交角 （23。26） 与黄白交角 （5。9） ； 地球自转。,信阳师范学院华锐学院,图 3-6 力矩 M1M2，合力矩使地轴趋近黄轴,日月引力对地球的作用产生一个合力矩。要把赤道面拉向黄道面，但是由于地球的自传要保持其惯性，因此就产生了进动。,信阳师范学院华锐学院,地轴进动的表现 天极改变，致使极星变迁：北极星；暂没有南极星（14000年后的老人星）； 二分点沿黄道西移（我国古代文献中称交点退行） ； 天体赤经、赤纬，黄经发生微小变化，黄纬不变。,信阳师范学院华锐学院,极星的变迁,站在太阳上仰望北黄极,信阳师范学院华锐学院,二分点的西移,周期： 25800年 速度： 50.29“/年 方向： 自东向西,天赤道,天球,黄道,信阳师范学院华锐学院,由于春分点的西移，使得以春分点为参考物的一些周期，如回归年，小于恒星年，差值为20 ，称为岁差，因此地轴进动周期也称为岁差周期； 春分点西移： 赤道坐标系中：恒星赤经和赤纬都缓慢而持续变化； 黄道坐标系中：春分点沿黄道西移，恒星黄经持续变化，黄纬不变。,信阳师范学院华锐学院,三、地球自转的方向与周期,自西向东,信阳师范学院华锐学院,地球自转的周期 选择不同的天体作为参考物度量出来的周期也不相同。 恒星日：同一恒星连续两次在同地中天的时间，地球自转的真正周期（由于地球公转而有细微差别），23小时56 分； 恒星日是同恒星时（春分点的时角）相联系的； 天文学上以春分点定义恒星日，即春分点连续两次同地上中天的时间间隔；,信阳师范学院华锐学院,太阳日：太阳连续两次在同地中天时间 24小时00 分 太阴日：月球连续两次在同地中天时间 24小时50 分 太阳日和太阴日不同，二者具有不同的速度。,恒星日是地球自转的真正周期。,信阳师范学院华锐学院,在一个恒星日内，地球自转360，在一个太阳日内，地球公转59，自转36059。这59的差值是地球公转造成的，使太阳日比恒星日约长4分。,图 3-9(A)恒星日与太阳日比较,信阳师范学院华锐学院,在一个恒星日内，地球自转360，在一个太阴日内，月球公转1338，地球自转37338，这1338的差值是月球公转造成的，使太阴日比恒星日长约54分。,图3-9(B) 恒星日与太阴日比较,信阳师范学院华锐学院,角速度,线速度,3600,单位时间内地球绕轴自转的角度,地球自转速度,信阳师范学院华锐学院,地球自转速度的变化,季节变化,不规则变化,月球对于地球的潮汐作用使地球自转不断减慢。日的长度大约在100年内增长毫秒。,气团（季风或大气潮汐）的季节性移动造成的振幅约为2025毫秒的周年或9毫秒的半周年变化。,地球内部物质的移动或太阳活动的影响 ，没有一定规律。,长期变化,信阳师范学院华锐学院,五、 真（视）太阳日与平太阳日 视太阳日长度的季节变化 太阳每日赤经差 真（视）太阳日：太阳日不同于恒星日，在于太阳每日赤经差因季节而变化； 平太阳日：真太阳日的全年平均值（作为时间单位）；,信阳师范学院华锐学院,太阳周年运动向东，赤经逐日递增，中天时刻逐减推迟，连续两次中天的时间间隔增长， 因而太阳日大于恒星日 ； 太阳每日赤经差因季节而异，视太阳长 度有季节变化。,信阳师范学院华锐学院,太阳每日赤经差季节变化的主要原因是黄赤交角，其次是椭圆轨道； 同样的黄经差造成不同的赤经差；第二赤道坐标系与黄道坐标系有共同原点（春分点），因基圈不同，黄经不同于赤经； 冬夏二至（黄赤二道平行）赤经差最大，视太阳日最长； 春秋二分（二道交角最大）赤经差最小，视太阳日最短。,信阳师范学院华锐学院,赤经差变化的次要原因是椭圆轨道 造成太阳每日黄经差本身的变化；由于日地距离的变化，地球公转速度的不等； 近日点变化最快，视太阳日较长 ； 远日点变化最慢，视太阳日较短。,信阳师范学院华锐学院,真太阳日长度受到黄赤交角和椭圆轨道两个因素的作用和干扰 真太阳日长度变化：二至最长，二分最短； 冬至略长于夏至（最长的视太阳日在冬至后） ； 秋分短于春分（最短的视太阳日在秋分前）。,信阳师范学院华锐学院,地球自转的后果,一、 不同天体的周日运动 恒星周日运动是地球自转的真实反映。 恒星周日运动的路线（周日圈），即天体各自所在的赤纬圈，都以南北天极为不动的中心 天和地的关系，犹如球面和球心的关系，周日运动的方向应同地球自转方向相反 恒星周日运动的周期和速度，如实反映了地球自转的周期和它的角速度,信阳师范学院华锐学院,恒星周日运动反映了地球自转,信阳师范学院华锐学院,太阳和月亮的周日运动包含有公转的因素。 太阳的周日运动有地球公转的因素 由于地球的公转造成太阳的周年视运动，自西向东，59/年，因此，太阳一方面自东向西作周日运动，一方面向东作周年运动，所以太阳日长于恒星日。 1太阳日1恒星日4m 月亮的周日运动含有月球公转的因素 月亮在东升西落的同时还在绕地球自西向东作公转运动，13。10/日，所以太阴日长于恒星日和太阳日。 1太阴日1恒星日54m1太阳日50m,信阳师范学院华锐学院,二、 不同纬度的周日运动 在纬度 处，周日圈与地平圈的交角为90 ，这时全天天体可分为三类：恒显星、恒隐星和出没星。 恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上的恒星； 恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平，这部分周日圈全部位于地平以下的恒星； 出没星：介于上述两部分星区之间的恒星，有东升西落，这部分周日圈与地平圈相交的恒星；,信阳师范学院华锐学院,P,P,天球,地球,N,S,地平圈,Q,Q,天赤道,A,恒显星,出没星,恒隐星,仰极高度天顶赤纬当地地理纬度,Z,信阳师范学院华锐学院,三类恒星的范围,高于90 的恒星,介于(90 )之间,高于|(90 )|的恒星,距离仰极 以内,天赤道两侧 90 的距离内,距离俯极 以内,三类恒星出现的范围与当地纬度 有关，纬度越高，则恒显星与恒隐星范围越大，出没星范围越小；反之，纬度越低，则恒显星与恒隐星范围越小，出没星范围越大。,（）,信阳师范学院华锐学院,60N所见的天体周日运动情况？,天北极为仰极，天体的周日圈与地平圈呈30角。 赤纬高于+ 30的北天天体为恒显星。 赤纬在 30之间的天体为出没星。 赤纬高于|- 30 |的南天天体为恒隐星。,（或者说恒显星区、恒隐星区和出没星区的分布范围是多少？）,信阳师范学院华锐学院,90N所见的天体周日运动情况？,天体的周日圈与地平圈平行，地平圈与天赤道重合，只有恒显星和恒隐星，没有出没星； 赤纬高于0的北天天体为恒显星； 赤纬小于0的南天天体为恒隐星。,信阳师范学院华锐学院,三、 水平运动的偏转 偏转方向：北半球偏右，南半球偏左 科里奥利力（地转偏向力） F Vmsin 科里奥利力只改变运动方向，不改变速率 影响地球大气环流，对形成行星风带、天气系统和洋流有重要作用,信阳师范学院华锐学院,傅科摆,傅科摆的特点是采用特殊的悬挂装置、绳长、锤重，使摆动能持续较长时间，并在沙盘上留下摆动的轨迹。,信阳师范学院华锐学院,用经纬线的偏转解释运动偏向,地球上的方向是以经纬线为标准的。,经纬线是曲线，由于地球自转，经纬线的方向是变化的。,惯性使物体力图保持原运动状态不变。,实际上偏转的是地平方向，而不是宇宙空间方向！,A,B,信阳师范学院华锐学院,南半球,A,B,信阳师范学院华锐学院,第七节 地球的公转,公转的后果,公转的规律,公转的证明,信阳师范学院华锐学院,地球公转及其证明 一、 恒星周年视差 恒星年视差 地球轨道位置对恒星视位置的影响； 当日地连线垂直星地连线时，视差位移达最大值（每年二次），为该恒星年视差大小；,信阳师范学院华锐学院,恒星愈远，其年视差愈小（比邻星年视差为0.76 ） ； 恒星年视差的角秒值，与恒星距离的秒差距互为倒数： D,由于地球在轨道上的位移而引起的恒星的视位置在天球上改变的现象,1秒差距206265个天文单位,信阳师范学院华锐学院,视差位移路线,信阳师范学院华锐学院,周年视差：地球的轨道半径对恒星的最大张角。,日,地,天球,恒星周年视差,信阳师范学院华锐学院,二、 光行差 光行差是地球轨道速度对于光速的影响。地球向某一恒星接近，在相互关系上，也可以看作该恒星向地球接近 在地球上的观测者看来，来自恒星的光线，既以每秒300 000千米的速率投向地球，同时，又以每秒30千米的速率作平行于轨道面的运动。这样，地球上所看到的星光的视方向，实际上是这两种运动的合成方向，因而不同于星光的真方向。视方向与真方向之间存在着一定的偏离，这就是恒星的光行差位移,信阳师范学院华锐学院,光行差位移,光行差位移：由于地球轨道速度对星光方向的影响，使恒星的视方向和真方向之间存在一定偏差的现象。,光行差常数：,天球,地球,信阳师范学院华锐学院,雨中奔跑的行人，跑得愈快，雨伞愈应向前方倾斜。与此类似的，地球的轨道速度： = 30 km/s 星光光速： V = 300 000 km/s 则： tan = 30/300 000 = 0.0001 = 20.47 这个角度为光行差常数。,图3-18 光行差与雨行差示意图,信阳师范学院华锐学院,图3-19 光行差椭圆,地球公转以一年为周期，恒星视位置绕转其真位置也以一年为周期，恒星视位置的绕转路线，被叫做光行差轨道，其形状则因恒星的黄纬而不同。在南北黄极，光行差轨道是半径为20“ 的椭圆 （与地球轨道形状相同）。在黄道上，变成长度为20“ 2的一段直线。在其他黄纬，光行差轨道都是半长轴为20的椭圆：愈近黄极，椭圆扁率愈小；愈近黄道，椭圆扁率愈大。,信阳师范学院华锐学院,年视差和光行差比较 黄纬愈高，年视差椭圆的偏心率愈小； 恒星年视差沿轨道半径方向偏离其平均位置； 恒星光行差则沿轨道切线方向偏离其真位置。 多普勒效应 地球轨道速度对星光频率的影响。,信阳师范学院华锐学院,地球公转的规律性,公转轨道,周期,速度,信阳师范学院华锐学院,一、 地球轨道 轨道形状：椭圆 轨道半长轴（a）：149 600 000km； 轨道半短轴（b）：149 580 000km； 半焦距（c）：2 500 000km； 周长（l）：940 000 000km； 偏心率（e=c/a）：0.016； 扁 率 （f=(a-b)/a）：7 000。,信阳师范学院华锐学院,太阳在轨道中的位置：两焦点之一 近日点（地球一月初经过） ： 147 100 000km； 远日点（地球七月初经过） ： 152 100 000km。,图3-22 地球的近日点和远日点,日地平均距离约1.5亿km，称为1个天文单位。,位于长轴两端,中距点,（近距点）,信阳师范学院华锐学院,近日点的东旋,近日点在轨道上不固定，东旋11/年,周期大概为10万年。,A,B,11,从北天极看,C,11,信阳师范学院华锐学院,图3-23 地球的轨道面,二、 黄赤交角,黄赤交角,信阳师范学院华锐学院,黄赤交角,6634,黄赤交角,黄赤交角是地球上四季和五带出现的根本原因。,信阳师范学院华锐学院,三、 地球公转周期 恒星年：以恒星为参考点，无明显自行，365.2564日 回归年：以春分点为参考点，每年西移50 ，小于恒星年，365.2422日 近点年：以近日点为参考点，每年东移11 ，大于恒星年，365.2596日 交点年：也称为食年，以黄白交点为参考点，每年西移20 ，小于恒星年， 346.62日，,信阳师范学院华锐学院,四种年的比较,信阳师范学院华锐学院,四、 地球公转速度 角速度：平均每日约59，因距离而变化，近日点6110“，远日点5710“； 线速度：平均每秒30km，因距离而变化，近日点30.3km/s，远日点29.3km/s; 面速度：不变（开普勒第二定律）,信阳师范学院华锐学院,开普勒行星运动三定律,信阳师范学院华锐学院,一、 恒星周年视差 二、 太阳周年运动 二十四节气 黄道十二宫 二分点、二至点,地球公转后果,信阳师范学院华锐学院,二十四节气,信阳师范学院华锐学院,太阳周年运动,太阳以一年为周期在黄道上自西向东的视运动。,中国：把黄道等分为24个弧段，全年相应分为24个时段，每个时段约15.2184日，称作24节气； 西方：把黄道分为十二宫，分别以黄道十二座命名，每宫跨黄经30度。,信阳师范学院华锐学院,三、 行星同太阳的会合运动,由于