08 第八章 地球运动.ppt

1、 Geography collegue of Southwest University,第八章 地球的运动, Geography collegue of Southwest University,第八章 地球的运动,第一节 地球的自转 第二节 地球的公转 第三节 地球运动的其他形式, Geography collegue of Southwest University,第一节 地球的自转,一 地球自转的发现 二 地球自转的规律 三 地球自转的效应, Geography collegue of Southwest University,一 地球自转的发现,1 理论背景,地球是球形的（环球航行）

2、地球悬浮在空间（万有引力）, Geography collegue of Southwest University,2 各方猜测,猜测一 ：天绕地转 地静而天动 （1） 地球周边不同距离天体角速度相同？ （2） 直径为地球109倍的太阳绕地旋转？ 猜测二：地转而天旋 天静而地动 落体和抛体悖论：物体离开地面，落在西边？, Geography collegue of Southwest University,国际的争论,天文学家要使我相信我像一只烧鸡穿在铁棍上那样旋转，那真是枉费心机。 法国科学院院士Messier (1805) 我把一只鸟放在铁叉上，我们不转动铁叉而把鸟儿固定，相反要去转动的是

3、火炉、厨房、房子和整个城市，这不是笑话吗？ 歌剧西哈诺, Geography collegue of Southwest University,中国的态度,“今以测算为本，孰是孰非，未需深论” 明 徐光启崇祯历书,“上下易位，动静倒置，则离经叛道，不可为训” 清 阮元续畴人传, Geography collegue of Southwest University,（1）傅科摆特征 摆长（67m） 锤重（28Kg）,1851 巴黎先贤祠（视频）,3 傅科摆实验,摆动周期为16.5秒，摆尖在沙盘画出的路线移动顺时针3毫米，每小时偏转1120 ，31小时47分回到原处（时钟设计？）, Geograp

4、hy collegue of Southwest University,傅科摆挂钩,通过独特的挂钩设计使单摆在空间的摆动独立于地球的自转，从而可衡量地球的相对运动, Geography collegue of Southwest University,（2）偏转特征 偏转方向： 北半球顺时针，南半球左偏 偏转角速度： 与纬度正旋成正比 d/dt = sin* 15 /h 偏转周期 T=360/偏转角速度 （极地约为24h）,随后，巴黎天文台以及其他各地进行对比实验，发现摆动面的旋转方向、速度因地而异，与纬度正弦相关。, Geography collegue of Southwest Unive

5、rsity,让傅科 （18191868）,1819年，生于巴黎，善于动手试验， 最初学习医学，后转行物理学， 改进天体照相术。 1851年，进行傅科摆实验确认地球自转 1852年，傅科制造陀螺仪 1855年，傅科发现在磁场中的运动圆盘因电磁感 应而产生涡电流 1862年，傅科使用旋转镜法成果测定了光速, Geography collegue of Southwest University,二 地球自转规律,1 地球自转速度 2 地球自转周期, Geography collegue of Southwest University,1 地球自转速度,（1）角速度：15/h （2）线速度： V0 2

6、R/T = 465m/s V V0 cos 卫星发射与“坐地日行八万里”, Geography collegue of Southwest University,2 地球自转周期,恒星日：23小时56 分 恒星日 地球自转 23h56m 太阳日 地球自转+地球公转 23h56m+（4m） 太阴日 地球自转+地球公转+月球公转 23h56m+（4m）+（50m）,参考天体在地球自转过程中向东运动的赤经增量 导致了“日”的延长, Geography collegue of Southwest University,恒星日、太阳日和太阴日, Geography collegue of Southwe

7、st University,三 地球自转的效应,1 天体周日运动： 天体统一作平行于天赤道的自东向西周日视运动 2 水平运动偏转 现象：北半球偏右，南半球偏左 机制：科里奥利力（地转偏向力） F mV * sin（理论力学-加速度合成部分） 效应 ：改变运动方向，不改变速率, Geography collegue of Southwest University,Coriolis force, Geography collegue of Southwest University,讨论：水平运动物体的偏转,空气和洋流的偏转（水涡的形成？） 机械设备的顺时针旋转（北半球） 导弹发射，射击比赛 左右鞋

8、、铁轨磨损程度不同 车辆和行人靠右行（北半球） 跑道上逆时针跑行 藤本植物的卡皮罗现象, Geography collegue of Southwest University,（1）金银花、菟丝花、鸡血藤等始终向右旋转 （2）牵牛、扁豆、马兜铃、山药等则向左旋转 （3）何首乌有时左旋，有时右旋。,地表水平运动的物体偏转具有普遍性，但大尺度、长时间、高速的运动中地转偏向力的作用更为显著。, Geography collegue of Southwest University,第二节 地球公转,一 地球公转的证明 二 地球公转的规律 三 地球公转的效应, Geography collegue of

9、 Southwest University,一 地球公转的证明,1 恒星周年视差 2 光行差常数 3 多普勒效应, Geography collegue of Southwest University,1 恒星周年视差,Sin （弧度） （弧度）= a/D = 206265 *a/D=1/(D/206265a) 当 =1 时，D0=206265a=1pc D(pc) (a为地球轨道半径，D为日星距离) 恒星年视差角秒值与恒星距离的秒差距互为倒数,（1）恒星周年视差的测定,定义：地球公转到不同位置导致其观测恒星投影位置的变化, Geography collegue of Southwest Un

10、iversity,1838年，德国贝塞尔（1784-1848）测定天鹅座61星的视差为0. 31 1838年，英国天文学家亨德森（1798-1844）就算出了半人马座a星的距离 0.76,现有望远镜分辨极限为0.02 ,贝塞尔, Geography collegue of Southwest University,（2）恒星周年视差的表现,地球观测到恒星投影位置（视位置）围绕以太阳为观测点的恒星投影位置（真位置）的周年运动 周年视差,（地面观测到天体投影位置（视位置）围绕以地心为观测点的天体投影位置（真位置）的周日运动 周日视差）,恒星年视差椭圆,恒星周年视差的发现解决了困扰日心说多年的“视差

11、悖论”问题（亚里斯多德），使日心说彻底取代地心说。, Geography collegue of Southwest University,2 光行差,定义：因地球运动速度导致的恒星观测方向的偏移。 （1）光行差的测定 地球的公转速度： = 30 km/s 星光转播速度： c = 300 000 km/s tan = 30/300 000 = 0.0001 周年光行差： = 20.47 0.76 （ 周日光行差：k=0.32）, Geography collegue of Southwest University,布拉德雷 (16931762),布拉德雷-詹姆斯，英国天文学家 1725，测周年

12、视差发现光行差并用它测定光速。 发现地轴的章动。 晚年编制星表，记载最后12年所作的6万多个观测。 布拉德雷1742年接替哈雷成为第三任皇家天文官,BradleyJames, Geography collegue of Southwest University,（2）光行差的表现,地球上所看到的星光的视方向因而不同于星光的真方向。是地球公转和光线传播运动的合成方向。,光行差椭圆, Geography collegue of Southwest University,观测时应向地球公转前方（东方）压低望远镜,c, Geography collegue of Southwest Universit

13、y,周年视差和（周年）光行差的比较,只考虑周年视差,只考虑光行差,地球运动位置和速度变化分别导致天体投影位置的偏移，前者沿轨道半径方向偏移，后者沿轨道的切向方向偏移（均有周日和周年之分）,平均位置,最终视位置, Geography collegue of Southwest University,3 多普勒效应,地球轨道速度对星光频率的影响 同样有周日效应和周年效应, Geography collegue of Southwest University,二 地球公转的规律,1 地球轨道 2 黄赤交角 3 公转周期 4 公转速度, Geography collegue of Southwest

14、University,1 地球轨道,椭圆轨道 轨道半长轴（a）：149 600 000km；= 1 AU 轨道半短轴（b）：149 580 000km； 扁率：1/7000 ；(a-b)/a 偏心率（e）：1/60；（a/c=a/(a2-b2)0.5）, Geography collegue of Southwest University,近日点（1月初）：a-c/2 147 100 000km 远日点（7月初）: a+c/2 152 100 000km,c, Geography collegue of Southwest University,2 黄赤交角,黄赤夹角的形成可能与地球形成早期的

15、陨石撞击有关 黄赤夹角的变化与日月行星的摄动有关，周期为41000年 黄赤夹角的变化会影响地球四季五带的分布,靠着转, Geography collegue of Southwest University,3 公转周期,恒星年：以恒星为参考点，365.256 4日 回归年：以 春分点 为参考点，每年西移50 ，小于恒星年，365.242 2日 交点年：以黄白交点为参考点，每年西移20 ，小于恒星年， 346.620 0日 近点年：以 近日点为参考点，每年东移11 ，大于恒星年，365.259 6日, Geography collegue of Southwest University, Geo

16、graphy collegue of Southwest University,4 公转速度,角速度：平均59/日（因距离而变化） 线速度：平均 30 km/s（因距离而变化） 面速度：不变, Geography collegue of Southwest University,三 地球公转效应,1 恒星周年视差 2 太阳周年运动 3 行星会合运动 4 月亮会合运动, Geography collegue of Southwest University,第三节 地球运动的其他形式,一 进动（2.6万年） 二 地球偏心率的变化（10万年）* 三 黄赤交角的变化（4.1万年）*, Geograph

17、y collegue of Southwest University,一 进动,1 进动的定义 2 地球进动的形式 3 地球进动的天文学效应 4 地球进动与极移的区别, Geography collegue of Southwest University,1 进动的定义,进动(precession) ：是物体自转过程中，自转轴又绕着另一轴旋转的现象，又称作旋进。天文学上又称为 “岁差”。, Geography collegue of Southwest University,天体进动是天体自转过程中收到周边天体的摄动而产生的自转轴的周期性晃动现象，具有普遍性，但不同天体进动的成因则相对复杂。,

18、地球的进动 月球的进动 水星的进动, Geography collegue of Southwest University,2 地球进动的形式,圆锥运动，圆锥轴指向黄极 圆锥半径 2326 方向向西退行 速度每年50，周期25 800年, Geography collegue of Southwest University,3 地轴进动原因,地球形状 黄赤交角 地球自转 层层递进, Geography collegue of Southwest University,3 地球进动的天文学效应,天极周期性运动，北极星变迁 天赤道的变化，天体赤道坐标的变化 春分点西移导致岁差 恒星年和回归年 公转周期和气候周期,公元前3000年 天龙座（右枢）, Geography collegue of Southwest University,西方喜帕恰斯 公元前2世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯在编制星表时，发现恒星黄经有显著变化，而黄纬变化不明显。并推算出春分点沿黄道每100年西移1。这是岁差现象的最早发现。 东方虞喜 公元4世纪，中国晋代天文学家虞喜，同样在分析古星图时，发现冬至点每50年西移1。 “尧时冬至日短星昴，今二千七百余年，乃东壁中，则知每岁渐差之所至”。 宋史律历志, Geography collegue of Southwest Universit