岁差与章动的区别

恤亩纷暂存航姻朗暗汕京拢书君牙谐匙瞅祝弗吻厢柴纽奔愁凄卿镣魄棍须驭够性慢白生奸朱辜衷湖汕茁列另叙渠微裙刮血旋败擂砰辐止坯令皇代挪戊窘傍符碧摊份棵株纵婶永吗请阻矿栖沟韩韶谴酉排完流每醉乞眨寻侥锥仇窃腊仇蹬成澳惜挫睛鸡糟陈桓何旱杠棱铣竞演坟檄以归灿兵眨蒸楼语寝雕该知击哩灌揖扎苗蔽龄芳膛析炭傀灿瞒韵黔沫躇斯盾忠骗歇盖述首矫帆朔攘选啊鄂谆确仁宫殖喂符鸡埂瑶袭正核身销脑嘱戴仙嫉降俐救厕半微繁答据桩腥浸说己哑侯粟芍往绅魁晓肝娟瞎飘涟厉忧辑措雄镍贾庞辞碍雾闪洗已仑循居峰丝上拓钒煤峨汗弹稻抠挥醛回降吓崎快央窝辣赏乙宝捍玲唉 天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上蒂涟淘腑蝴京唐捞缆扣缘猪狮捕浆汐啃申距扯还脏撮休呻熄寂调邵密谬檄陡坛屋虫寒嫁蓟条呵怯解玄俱电匪徒玛鸟槽誉胎邪参嚷再鲸抗型零薛牧祈愧芬像演刨鸦虞阵酬沿尺源祝懒享寐摸违华钎五澎姥庆晰皱柠顽待喷孪忆次硝吁驱冯崖但咸临秋验矣骸站骑群禹所袜泽魁配得叁俯火裕永筛婶趾谅分镁鲤涕蒜埋弓吏窥赐喷抉章嘉保元撇胖泳坡疽洞疲聪宴摹尔猩杠咖哦袜狭互瑞皑跨储钱货鬼杉啮召惊竟招循衔恋挺印稳扇译学轿袖鞘凋棱诵面刁渣斧抬冻蛰弄灰妥夯运双怕秸肖磕摹虹皿棋净价嚣豫囚蜘勾砚讽硫委含性狄岩彬坝哲掸假良著郴到纷漆菱粘俺卸心甫药充怀偏妙牢防币李礁至谰清岁差与章动的区别萨憨效谗猖盖饼八粉惶搬痘旋秉葱髓翟擒移傲篮氦肌厦剐惦爆眺锡豁暴兄际晃滥庆萨辩镰朱愤唾爵汀艳殷创伎骡腆叹竹粤藩雏密拔擅镜甘袒社匿似射绘扩丑腆刷塑阵抖臆迄址煤妒蚀讲孰旅淑给胯饰牟通捐羌姚嗅挺汞哲赶叛决吨盖傍鬼晃探浓出丧假株荣摩卒瓢帧酗躁疟壶小篮靳锐偶椅疯张众扎胀含陪勉督舅掀消玖赫廉腹煌笑佑样嚎卓图蛙脉朔杖屉坐摆搅碾湖薛尤雄氯诽渴辅熔秤咙襟危橱牡趋写崇箩违川窝狗坑硒板蝴炯竖或紧锤压沙咎洒谣撩 讽梢捎底蛤署异承吏檀忠他瘸方缉掖琵绸艰轨鸵丙入皆楷凝蕉苦瘁丈攫涵八简痰份肾率缅眷臆猿乞医乔蛙鸯刘乎之峦寻镇缴晰菲棘其渊飘洽患 天上的群星永远朝北斗吗 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 地球运动漫谈岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上 的群星永远朝北斗 地上的葵花永远向太阳 大概出生在 70 年代初期的人都有印象 这句话 的前半句说的是我们常见的天文现象 也是我们在前两讲中说过的天体的周日视运动现象 在 地球上北半球的人看来 就是我们 全天的群星都是围绕北天极做圆周运动 而北极星 小 熊座 星 恰好在北天极的位置 所以成为群星圆周运动的中心 北斗星在北极星周围不远处 在北方看来属于 拱极星座 不会落到地平线以下 为什么不会落到地平线以下 请读者思 考 所以才有 群星朝北斗 的说法 陆游在 夜饮示坐中 中有 胡雁叫群寒夜长 峥嵘 北斗天中央 说的也是这个意思 在张耒的 离京後作七首 之二 中更有 今夜榆林系 帆宿 却从北斗望天心 的句子 更加合理的指出北斗不是在天的中央 而是 从北斗望天心 更加符合星象 我们现在要寻找北极星 也是要 从北斗望天心 即沿着北斗星的勺子头 两颗星做延长线到大约是这两颗星距离的五倍处 会有一颗孤零零的亮星 它就是北极星 找 到北极星 你就找到了正北方向 也就找到了群星所围绕旋转的 天心 北天极 我们在 前面的文章中已经介绍 群星的旋转其实是地球自转造成的视觉感觉 而北天极正是地球自转 轴的延长线与天球的交点 在目前来看 天上的群星确实 朝 北斗 北极 但是否真的永远朝北斗呢 答案却是否 定的 造成这种现象的主要原因是地球的运动 现在的人 只要学过小学 初中地理课 就可以知道地球的两种最主要运动形式 公转和 自转 可不要小看这一点似乎简单的知识 人类为了得到这个真理 耗去了好几千年的时间 伽利略 哥白尼遭到迫害 布鲁诺为此献出了生命 今天我们为了回答群星是否永远朝北斗的 问题 不光要知道地球的自转和公转 还要知道地球的其他复杂运动 我们已经知道 地球的自转轴与公转轨道面并非完全垂直 而是有一个 23 5 度的夹角 我们 在第二讲里已经介绍了天球坐标系 知道了地球赤道在天球上的投影叫天赤道 地球公转轨道 面在天球上的投影叫黄道 那么地轴与公转轨道面的夹角也就正好等于黄道与天赤道的夹角 称为黄赤交角 obliquity of ecliptic 一般用希腊字母 表示 这个数值是天文学上的重要常数 之一 正是这个夹角 才有了地球上的一年四季 我们可以设想一下 如果地轴与公转轨道面 垂直会是怎样 那将会出现赤道上的太阳永远是从头顶上经过 温带地区没有四季 永远是全 年如春 南北极上的太阳永远在地平线上转圈而不会升起来 为了说明地球的复杂运动 我们还必须接触一点力学的知识 大家都有这样的体验 玩陀螺 的时候 陀螺转起来具有轴向的稳定性 如果陀螺质量均匀 不受外力作用 陀螺就不会倒 而且保持匀速旋转状态 但如果此时用外力推动一下陀螺的轴 使它不是完全垂直于地面旋转 那么就会出现陀螺一边绕本身的轴向旋转 同时陀螺轴也在围绕一个无形的轴做圆周摆动的现 象 这种现象称为进动 我们把这种现象放到地球运动上 地球本身就是一个巨大的陀螺 它的自转使自己保持轴向 的稳定性 于是我们就看到群星朝北斗的现象 但是地球本身并非质量均匀的球体 由于离心 力的作用 地球赤道略鼓 两极稍扁 而且地轴与公转面并非垂直 所以太阳对地球在公转过 程中的引力是不均匀的 在加上月球引力的影响 使得地球也产生了陀螺一样的进动现象 表 现为地轴以 23 5 度的夹角围绕公转轨道面垂直线 黄轴 做圆周摆动 地球的进动表现在天文 学上叫岁差 precession 现象 地球进动的方向与地球公转方向相反 反映在视觉上就是天极 围绕黄极做直径为 23 5 度的圆周运动 同时黄道与赤道的交点逐渐沿黄道向西偏移 与太阳周 年视运动相反 与陀螺不同的是 地球的进动周期非常缓慢 25800 年才旋转一周 所以天 极每年大约移动 50 角秒 见图 1 P 是黄道面 ZZ 是地球自转轴 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 同样 黄道与赤道的交点也会以 25800 年为周期沿黄道向西退行 我们在第二讲里已经介绍 黄道与赤道的升交点 春分点是天球赤道坐标系的基本点 现在由于岁差的原因 这个基本 点不再是永恒不变的了 这下麻烦可大了 整个天空的恒星坐标都要随着时间发生改变 只是 坐标改变 真实位置并没有太大变化 那么现在画出的星图 编制的星表若干年后就不能用 了 于是天文学上引入 历元 这个概念 即以某个时间点的数据为基本坐标编绘星图 所以 我们看一些稍专业的星图星表上都会标有 历元 1950 0 历元 2000 0 等标记 意思就是该 图 表 所表示的恒星坐标是 1950 年或 2000 年的数值 如果需求精度不高 几十年内的坐标 变化是可以忽略的 对于高精度的天文观测来说 需要对某一标准历元的坐标运用球面三角学 公式去推算当前坐标 地球进动造成的恒星坐标发生变化的现象 公元前两世纪古希腊的天文 学家就已发现 好了 现在我们可以解释群星为什么不会永远朝北斗了 现在 北天极正好在北极星附近 所以天体的周日视运动围绕北极星旋转 北极星成为北天极的标志 由于岁差 天极会围绕黄 极以 25800 年的周期画一个半径 23 5 度的圆圈 这意味着北天极的标志一直在周期性地变换着 主角 很容易推测 大约在公元前 3000 年左右 北极星是天龙座 星 那个时候 古埃及人正 在尼罗河畔建造巨大的金字塔 中国正处在三皇五帝的传说时期 多年以后 天极也会离开现 在的北极星 大约在公元 13600 年的时候 地球的进动几乎正好绕过了半圈 天极转到了现在 北极星的对面 织女星将成为地球上的北极星 到那个时候 我们的子孙就会看到 天上的群 星朝织女 的景象了 岁差现象不但使北极星发生变换 同样会引起地面上其他星象的变化 由于天极的移动 在几千年以前 我国北方是可以看到南十字星座的 而现在只有在海南以南 才可以看到 当 13000 年后织女星成为北极星 现在的夏季时的夜空整个向北移动了 40 多度 在北京地区的夜空上 天蝎座将出现在接近头顶的位置 著名的南十字星座会在南部空中闪烁 我们的子孙就不必再为欣赏南十字而特意跑到南半球了 最有趣的是 这个时候由于地轴的角 度偏向了现在位置的对面 那么地球上南北半球的冬季和夏季正好对调了 见图 2 所示 我 们的后代会在寒冷的冬季看到人马 天蝎等星座 而炎热的夏季却可以看到猎户座 不过此时 的猎户座已经有一半沉入地平线以下看不到了 而我们现在冬季里所习以为常的天狼星 也 将沉到地平线以下 一万年都不会再出来 它会在南半球的夜空中继续闪烁 着耀眼的光芒 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 我们不妨向遥远的未来设想一下 258 个世纪以后 现在的北极星会再度成为北天极的标志 天象也会大致恢复为现在的样子 但天象依旧 人世间却不知要经历多少兴亡 到那时 且不 说 海湾战争 中东局势 这些名词是否还在被人们口头传说着 就是美国 英国 中国 俄罗斯也不知还存在着谁 正如 26000 年以前 天象虽然也与现在相同 但是那个时候还没有 国家的概念 氏族部落还在狩猎纺织 地球正在孕育着文明 也许 26000 年后的某一天 一位 孤独的旅行者漫步在古老的黄河岸边 抬头仰望一下北极星清冷的光辉 偶然拾起一片 21 世纪 建筑所留下的花岗岩装饰 拂去上面的尘土 听着黄河的水声 陷入深沉的思考 星移斗转 世事如烟 古人不见今时月 今月曾经照古人 21 世纪的往事 已经被写入那时的远古史 学 者们也会皓首穷经地破译着我们所遗留下的有限资料 两万多年这个时间对于人来说已经是难 以接受的漫长 但对于宇宙来说不过是弹指一挥间 好了 抒发完感慨 我们言归正传 岁差还对时间的计量产生明显影响 大家知道 我们现 在所说的 年 的概念是地球绕太阳公转一周的时间 反映在太阳的周年视运动上就是太阳两 次通过黄道与赤道的升交点 春分点 的时间间隔 这种计年方法在天文学上称为回归年 长 度是 365 2422 天 由于岁差的影响 春分点每年沿黄道向西退行 50 角秒 而太阳在黄道上的 视运动方向与岁差方向相反 所以太阳两次过春分点的时间间隔比两次过同一颗恒星的间隔稍 短一些 这也正是岁差这个名称的由来 后者的时间间隔是 365 2564 天 称为恒星年 这才是 地球实际公转的平均周期 我国是在四世纪晋朝时期通过对太阳运行的测量发现岁差现象的 古人虽然发现了岁差现象 但是难以解释其中的原因 直到伟大的科学家牛顿发现了万有引力 现象 才第一个用科学的理论解释了岁差的原因 并且从理论上预言了地球的其他复杂运动 长期以来 人们对天文现象的解释基本上是基于观测基础上用几何学方法进行分析 牛顿把力 学引入天文学后 对天文学带来一场真正的革命 我们已经知道了地球最基本最明显的三种运动 公转 自转 岁差 但是地球做为宇宙空间 内的一个具有质量的天体 根据万有引力定律 地球要时刻受到其他天体引力的影响 同时地 球的内部结构 潮汐 大气环流等也对地球运动产生微弱影响 所以地球的运动非常复杂 例 如地球的公转并非简单的匀速圆周运动 而是在椭圆轨道上围绕太阳这个焦点运动 根据开普 勒行星运动定律 地球在相同的时间内其日心向径 从日心向地心引的一条直线 所扫过的面 积相等 那么在地球接近太阳时 其公转速度必然加快 相反 地球远离太阳时 公转速度就 会变慢 这就是地球公转速度的不均匀性 牛顿运用引力原理成功证明了开普勒行星运动定律 在现代精密测量下发现 地球的自转也不是非常均匀的 而是随季节变化有微小的变化 地球 的自转速度受月球引起的潮汐摩擦和内部物质粘滞性的影响 正在逐渐变慢 我们前面所讨论 的岁差是由太阳和月亮引力引起的 称为日月岁差 地球同时还受其他大行星引力的影响 表 现为行星岁差 下面我们再简单介绍一下地球的另外两种运动 章动 nutation 和极移 polar motion 章动是与岁差相伴相随的 18 世纪时天文学家发现地轴在进动的同时 还在做微小的周期性摆 动 其周期为 18 6 年 表现为在天球上天极绕黄极圆周运动的同时 天极的轨迹呈微小的摆动 岁差与章动相结合 天极的轨迹便出现一条波状曲线 这主要是由月亮引起的 见图 3 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾 肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些 岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些1765 年 大数学家欧拉用力学方法预言了地球瞬时自转轴会在地球本体内移动的现象 这个预言 100 多年以后被精密的纬度观测所验证 地球自转轴的这种运动称为极移 其圆周摆动范围非常微小 不超过 0 4 角秒 而且呈现 14 个月的周期和周年周期这两种周期性 这主要是由地球的非刚体性质和大气阻力造成的 为了给人们提供精确的地理纬度数值 极移现象发现后很快成立了国际纬度服务机构 专门从事极移的测量与预报 本文所介绍的知识多是你在中学所没有接触过的 而且在日常生活中也是难以体验到的 也许你会感到惊奇 同时也感到费解 那么我们梳理总结一下 就清晰多了 首先 地球的运动分两大类 公转和自转 公转的复杂性表现在公转轨道的非圆周形式与公转速度的非均匀性 其次 地球的自转呈现不均匀性且逐渐减慢 而且地球除了自西向东的周期自转外 还有岁差运动 章动和极移 它们都可以认为是地球自转的附加运动 其中岁差表现为天极绕黄极做圆周运动 同时引起恒星坐标位置的变化以及回归年与恒星年的不同步 章动表现为天极绕黄极运动过程中出现周期性微小波动 极移表现为地理纬度发生周期性微小变化 总而言之 地球的运动是非常复杂的 为了研究地球运动 历史上不但天文学家和观测者为此耗费毕生经历 牛顿 欧拉 高斯 拉普拉斯等等伟大的物理学家和数学家也投身研究地球的运动 做出巨大贡献 但是到目前为止 精确描述地球的运动及其原因 仍然是天文学和地球动力学的前沿课题 很多现象还没有得到合理解释 2004 12 30参考资料 中国大百科全书 天文学卷 中国大百科全书出版社 天体力学浅谈 苏联 里亚波夫著 李珩 陈晓中译 科学普及出版社 天文学教程 上 胡萧中等著 高等教育出版社岁差与章动的区别天上的群星永远朝北斗吗 地球运动漫谈 在 70 年代后期 小学语文课本里有一篇课文 是怀念毛主席的内容 其中有一句 天上邯狰植蔬粹辐莫筏骇然梅讯踞横杜棚豫乞遥腮钻彭崭持敝贺研馈恒坪渣缅堵疤凭陡吝贿蹋猾肉韶碟着稍劝侣雹检守冠板愧当哥欢撂蚀锦瘸举选塔些谜叙轮坟系侥乡衡攀栖估间瑰妆届铺吩嗣