地概第三章(公转)学习资料.ppt

1、,一、地球的公转及其发现,地球环绕太阳的绕转运动，称为地球的公转运动。,严格地说：地球并不是绕日心旋转，太阳也不是 居中不动的，而是地球和太阳都绕着它们共同的 质量中心旋转（据计算，这个质量中心位于距日 心450千米，在太阳内部）。,太阳系中的绕转天体不只是地球，还有其他天体， 它们都同太阳一起绕太阳系的共同质量中心旋转 “公转”。,生活在地球上的人类不仅觉察不到地球的自转运 动，也觉察不到地球的公转运动，人类所感觉到 的只是日、月、星辰在天球上的周日运动和周年 运动，特别是太阳的周日运动和周年运动。,太阳的周年运动,太阳以年为周期，在天球星座之间位置的移动， 称为太阳的周年运动。,K,K,S

2、1,S2,S3,M3,M2,M1,E1,E2,E3,黄 道,地球,太阳,黄道十二宫,白羊金牛道路开，双子巨蟹跟着来， 狮子室女光灿烂，天秤天蝎共徘徊， 人马摩羯弯弓射，宝瓶双鱼把头抬， 春夏秋冬分四季，十二宫里巧安排。,双鱼白羊到金牛，双子巨蟹狮子头， 室女天秤天蝎尾，人马摩羯宝瓶收。,一羊二牛三双子，四蟹五狮室女连， 七秤八蝎九人马，摩宝双鱼十二全。,历史上，太阳的周年运动和周日运动一样，曾经长期被认为是真实运动，由此产生了“地球 中心体系”的宇宙学说。,“地球中心体系”,“ 地球中心体系 ” 简称 “ 地心体系 ”， 该体系的倡导者是古希腊学者亚里 斯多德，代表者是古希腊著名天文学家 托勒

3、密 。,托勒密从实际观测出发，总结了希腊古代 天文学的成就，发表了巨著天文学大成， 系统提出了行星运动的理论，创立了“地球 中心说”。,“地球中心说” 的主要观点为： 地球是宇宙的中心天体，月球、太阳 和行星都是围绕它旋转，从地球算起，依次 排列顺序是地球、月球、水星、金星、太阳、 火星、木星和土星。,“日心地动说”又称为“日心说”，其代表 者是波兰天文学家尼古拉 哥白尼，他 于1543年出版了阐述日心说理论的巨著 天体运行论。,“日心地动说”,主要观点是:, 太阳是宇宙的中心天体，地球只是一颗 行星；, 日、月、星辰的东升西落是地球自转的反映， 地球除每天自转一周外，还同其他行星一起 按各自

4、的圆形轨道匀速地围绕着太阳公转；,哥白尼的日心体系正确地揭示了太阳系的结 构，是人类认识史上的一次伟大的革命。, 地球的公转周期是一年；, 月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆 形轨道上，每月绕地球运转一周，同时又跟 着地球绕太阳公转；, 按离太阳由近及远，依次是水星、金星、地 球和月球、火星、木星、土星。, 恒星离地球比太阳远的多。,二、地球公转运动的规律,（一）地球公转的轨道和轨道面,1、地球公转的轨道及其特征,地球公转运动的路线称为公转轨道。,地球公转的轨道是一个闭合的椭圆，太阳 位于椭圆的一个焦点上（经计算，地球轨 道的偏心率很小，仅为0.0167，故此，地 球公转轨道近似圆形）。,

5、由于地球轨道的椭圆形状，因此日地距离就 因地球本身在轨道上位置的变化而变化，有 近日点和远日点之分，其变化周期为一年。,现阶段地球于每年1月初经过近日点，7月初经过 远日点。,F1,F2,地球轨道,地球,近日点,远日点,太阳,15210万km,14710万km,2、黄道和黄赤交角,地球绕日公转的轨道面无限扩大与天球相交的大 圆称为黄道。黄道是太阳周年视运动的路线。,天北极,天南极,天赤道,地球轨道,黄北极,黄南极,黄道,天北极,天南极,天赤道,地球轨道,黄北极,黄南极,升分 (春分),北至 (夏至),降分 (秋分),南至 (冬至),黄道,黄道和天赤道的交角，叫做黄赤交角，其大小为 23o26，

6、用表示（=23o2621.448）。,在黄道上，春分点和秋分点之间的中点，在天球 北半球的叫夏至点，也称北至点；在天球南半球 的叫冬至点，也称南至点。,黄道和天赤道相交于两点，即春分点和秋分点； 春分点又称升交点，秋分点又称降交点。,天北极,天南极,天赤道,地球轨道,黄北极,黄南极,升分 (春分),北至 (夏至),降分 (秋分),南至 (冬至),黄道,天北极,天南极,天赤道,地球轨道,黄北极,黄南极,升分 (春分),北至 (夏至),降分 (秋分),南至 (冬至),夏至点（北至点）和冬至点（南至点）是黄道上 距天赤道最远的两点，它们对于天赤道的角距离 是23o26，称为黄赤大距。,在天球上距黄道

7、90o 的点叫黄道的极（黄北极和黄 南极），黄极和天极的角距离，也等于黄赤交角。,春分点和秋分点合称为二分点；夏至点和冬至点 合称为二至点。,3、地轴的倾斜,地球在绕日公转的过程中，其自转轴对公转轨道面 是倾斜的，两者之间有一个交角，其大小 为66o34。 （产生原因是黄赤交角的存在）。,地球在公转过程中，地轴所指的方向在一定时期是 不变的。故此， 地球在公转的 过程中， 倾斜 的地轴是平行 地移动。,（二）地球公转运动的方向和周期,1、地球公转运动的方向,一般规定，从黄北极向下看地球的公转运 动，其运动方向与地球自转方向相同，是 逆时针方向，即自西向东；,在太阳系中所有行星的公转方向都是逆时

8、针 方向，绝大多数卫星的公转方向也都是逆时 针方向；,一般称逆时针方向运动的天体为顺向运动，顺时 针方向运动的天体为逆向运动。,2、地球公转的周期,地球环绕太阳绕转一周的时间就是公转的周期， 笼统地说是一年，一般用太阳周年视运动的周 期来反映。,在地球上选择不同的参考点 ，太阳周年视运动 的周期 年的长度就不同。,恒星年：太阳在天球上连续两次通过同一恒星 的时间间隔，其长度为365日6时9分10秒，即 365.2564日。,回归年：太阳在天球上连续两次通过春分点的 时间间隔，其长度为365日5时48分46秒，即 365.2422日。,近点年：太阳在天球上连续两次通过近地点 的时间间隔，其长度是

9、365日6时13 分56秒，即365.2596日。,食 年：太阳在天球上连续两次通过升交点 （黄道和白道的交点之一）的时间间 隔，其长度为346日14时52分53秒， 即346.6200日。,恒星年和回归年是经常使用的年，其中恒星 年是地球公转的真正周期，即地球环绕太阳 绕转360o 所用的时间。,四种年的比较 :,恒星年是以固定不动的恒 星为参考点，因此是地球 绕转太阳360o 所用的时间；,回归年是以春分点为参考 点，而春分点每年沿黄道 西退50.29，使太阳连续 两次通过春分点只视行了 359o599.71 ，这就造成 了回归年比 恒星年平均短 20分40秒（0.01416日）；,r1,

10、r2,50.29,食年是以黄白交点为参考 点，而黄白交点每年西退 19.4o ，因此食年比恒星年 短18.6364日。,近点年是以近日点为参考 点，而近日点每年东移11， 因此，近点年比恒星年长 4分43秒；,P2,11,P1,N1,N2,19.4,（三）地球公转运动的速度及其变化,地球公转平均角速度= 360o / 恒星年= 0.986o /日 = 59/日。,地球公转平均线速度= 94000万km /年= 29.8km / s。,地球公转的角速度和线速度，是随日地距离的 变化而变化。,据测算，地球在近日点时公转速度 快，角速度为1110/日，线速度为 30.3km/s；地球在远日点时公转速

11、度慢， 角速度为5710/日，线速度为29.3km/s 。,由于地球公转速度的快慢变化，就形成了 自春分经夏至到秋分的半年（夏半年）的 日数多于自秋分经冬至到春分的半年（冬 半年）的日数。前者是 186天多，后者是 179天。,三、地球公转的后果或效应,恒星的周年视差位移,恒星的光行差位移,恒星的多普勒效应,太阳的周年视运动,行星与太阳的会合运动 行星与恒星的会合运动,行星的视运动,（一）太阳的周年运动,太阳的周年运动就是太阳以年为周期在 黄道星座之间位置的移动。,太阳在黄道上的位置，是用黄经表示的。 我国二十四节气所表示的，正是这样的 位置。,太阳的周年运动是地球公转的最明显的 后果，它从各

12、个方面反映地球绕日公转 的具体细节：, 太阳在黄道上的位置，真实地反映了地球在 其轨道上的位置。, 太阳在黄道上的运动方向，真实地反映了地 球公转的方向。, 太阳周年运动的周期，真实地反映了地球公 转的周期。, 太阳周年运动的角速度，真实地反映了地球 公转的角速度。,太阳周年运动的轨迹 黄道，真实地反 映了地球轨道面在天球中的位置。,（二）行星的视运动,行星围绕着太阳运行，观察者从地球上看行 星在天球上位置的移动，叫做行星的视运动。,行星、太阳都以各自的特定周期在天球星 座之间运行着，但是由于它们运行的周期 和角速度各不相同，因此在行星和太阳之 间、行星和行星之间以及行星和恒星之间 就存在相对

13、运动，这样的相对运动，叫做 行星相对于太阳的视运动（会合运动） 、 行星相对于行星的视运动（会合运动）以 及行星相对于恒星的视运动。,1、行星轨道速度的比较,假定行星轨道都是圆 形，并且都在同一平面上。,Pa,Pb,a,b,va,vb,如图：Pa 和 Pb 代表 两颗行星， a、b 是它们 的轨道半径，Va 、Vb 是 它们的轨道速度，Ta 、Tb 是它们的公转周期。则：,行星轨道速度的大小是与它们轨道半径的 平方根成反比。距太阳近的行星，轨道速 度大，距太阳远的行星，轨道速度小。,由开普勒第三定律,代入上式，得：,即:,上合,2、行星相对于太阳的视运动,（1）地内行星同太阳的会合运动,太阳,

14、上合,下合,东大距,西大距,地球轨道,1,2,东大距,3,下合,4,西大距,5,上合,太阳,行星的距角：地球和行星的连线与地球和太阳 的连线之间的交角在天球上的投 影，叫行星的距角。,合日时，行星和太阳同升同落，一般看不见它。,行 星 合 日：在天球上，当行星的黄经和太阳 的黄经相等时，其距角为零，称 之为合日，简称为合。,合有上合与下合之分，距地球 最远的合日是上合，距地球最近的合日是下合。,东大距：在天球上，当行星位于太阳以东，且 偏于太阳以东角度最大时，称为东大 距 。东大距前后，行星在日落后出现 在西方天空，故此称作“昏星”。,西大距：在天球上，当行星位于太阳以西，且 偏于太阳以西角度

15、最大时，称为西大 距。西大距前后，行星在日出前出现 在东方天空，故此称为“晨星”。,上合 东大距 下合 西大距 上合,会合运动规律：,（2）地外行星同太阳的会合运动,合,西方照,东方照,冲,太阳,太阳,合,西方照,东方照,冲,合,1,2,3,4,5,行星合日：当行星的黄经与太阳的黄经相等 时，其距角为零，称之为合日， 简称 “合”。合日时，行星和太阳 同升同落，一般看不到它 。,西 方 照： 当行星位于太阳以西，且行星的 黄经和太阳的黄经相差 90o 时， 称为西方照。西方照时，行星于 子夜从东方升起，下半夜可见。,行星冲日：当行星的黄经和太阳的黄经相差180o 时，称为冲日，简称“冲” 。冲

16、日时， 行星于日落时从东方升起，日出时 在西方落下，整夜可见。,东 方 照：当行星位于太阳以东，且行星的黄经 和太阳的黄经相差270o时，称为东方 照。东方照时，行星于正午时从东方 升起，子夜在西方落下，上半夜可见。,合 西方照 冲 东方照 合,会合运动的规律：,（3）行星的会合运动周期,行星连续两次合日或冲日的时间间隔，称为 行星的会合周期。,如图，已知地球的公转周期为E，行星的公转周 期为 P 。若某次冲日时 地球在E1，行星在P1， 经过一个会合周期S以 后的冲日，地球在E2， 行星在P2，此时行星绕 日公转了 ,而地球则旋 转了,E1,E2,P1,P2,太阳,360o+。,两个天体的公

17、转周期相差愈大，它们的会合周 期就愈短。,由此得：,消去，便得地外行星会合运动方程式：,同理可得地内行星会合运动方程式：,3、行星相对于恒星的视运动,行星视运动路线在黄道附近，是一条比较复杂的曲线。,行星有时向着赤经增加的方向运动，与太阳周 年视运动方向一致，称为“顺行”；而有时又向 着赤经减少的方向运动，称为“逆行”。,顺行的时间长，逆行的时间短。,由顺行转为逆行或由逆行转为顺行，行星在天 球上似乎停滞不动，称为“留”。（既行星在视 运动路线上的运动不是均匀的，在“留”的前后 移动的较慢，似乎相对静止不动）。,行星视运动的不同特点的出现都具有周期性， 各行星的周期长短不等。,行星视运动表现出

18、来的“逆行”和“留”的现 象，是地球和行星同时围绕太阳公转而表 现出来的表面现象，其根本原因是地球不 处于太阳系的中心上。,哥白尼的日心体系，正确揭示了行星视运 动的实质。,行星逆行现象图解,地内行星的逆行发生在下合前后；地外行星的逆 行发生在冲日前后。,在一个会合周期里，大部分时间行星顺行，小部 分时间逆行。,S,下合,S,冲,E1,P1,E3,P3,E2,P2,P1,P3,P2,E3,E2,E1,P1,P2,P3,P1,P2,P3,S,S,留的现象解释,行星“留”的现象出现，实质上是行星的视运动方 向与观察者的视线方向一致时，看上去，行星停 留在天球上不动。,地内行星的留发生在大距和下合之间的某点上， 地外行星的留发生在方照和冲日之间的某点上。,地 外 行 星 的 留,E,P,C,VE,Vp,VE,E,P,C,VE,Vp,VE,（a）在东方照和冲之间的某一点,（b）在西方照和冲之间的某一点,地内行星在一个会合