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地球轨道

提示：此条目页的主题不是地心轨道。

地球绕太阳的轨道平均距离是1.4960亿公里（8.317光分，9296万英里）[1]，从北半球上方看是逆时针方向的运动。一个完整的轨道需要365.256天（1 恒星年），在此期间地球已经行进了9亿4000万公里（5.84亿英里）[2]。忽略其它太阳系天体的影响，地球轨道，也称为“地球公转”，是一个椭圆，地球-太阳的质心为一个焦点，目前偏心率为0.0167。由于该值接近于零，因此轨道中心相对靠近太阳中心（相对于轨道大小）。

地球在其轨道上的季节性点（不按比例）。
地球轨道（黄色）与圆（灰色）的比较。

从地球这颗行星的轨道看太阳是顺行运动，使太阳的视运动相对于其它恒星是每一太阳日向东约1°的速度（或每12小时一个太阳或月亮直径）[nb 1]。地球的轨道速度平均为29.78 公里/秒（107,200 公里/小时；66,620 mph），这足以在7分钟内跨越地球的直径，并在4小时内从地球跨越地月距离到月球[3]。

从太阳或地球北极上方的有利位置来看，地球似乎以逆时针方向绕太阳旋转。从同一个有利位置看，地球和太阳似乎也绕各自的轴以逆时针方向旋转。

研究的历史 编辑

主条目：日心说
 
日心太阳系。
 
日心说（下图）与地心模型（上图）相比，不按比例缩放。

日心说是首先将太阳置于太阳系中心，并将包括地球在内的行星置于其轨道上的科学模型。萨摩斯的阿里斯塔克斯在公元前三世纪就已经提出了日心说模型。在十六世纪，尼古拉·哥白尼的 天体运行论对宇宙的哥白尼日心说（英语：Copernican heliocentrism）进行了全面讨论[4]。与托勒密在第二世纪提出他的地心说模型的方式大致相同。这个“哥白尼革命”解决了行星视逆行运动（英语：Apparent retrograde motion）的问题，认为这种运动只是感知和视觉的。根据历史学家杰里·布罗顿的说法：“尽管哥白尼的开创性著作......早在一个多世纪前，[荷兰制图师]琼·布劳（英语：Joan Blaeu）是第一位将他革命性的日心说纳入世界地图的制图师[5]。”

对地球的影响 编辑

主条目：季节

由于地球的轴向倾斜（通常称为黄道的倾角），太阳倾角在天空中的轨迹（如地球表面的观察者所看到的）在一年中会发生变化。对于北纬地区的观察者来说，当北极向太阳倾斜时，白天持续的时间较长，太阳在天空中显得更高。当北极远离太阳时，情况正好相反，天气通常较凉爽。在北极圈以北和南极圈以南，达到了一个极端情况，即一年中的部分时间根本没有白昼，而在一年中的相反时间则连续白昼。这分别称为极夜和午夜太阳。 天气的这种变化（由于地球轴向倾斜的方向）导致了季节[6]。

轨道上的事件 编辑

参见：岁差和米兰科维奇循环

根据天文学惯例，四个季节是由至点（地球轨道上地轴最大倾斜的两个点，朝向太阳或远离太阳）和分点（地球轨道上地球倾斜轴和从地球到太阳的假想线完全垂直的两个点）决定的。至点和分点将一年分为四个大致相等的部分。在北半球，冬至发生在12月21日左右，夏至接近6月21日；春分在3月20日左右，秋分在9月23日左右[7]。南半球受到地球轴向倾斜的影响与北半球相反，因此南半球的分点与至点的季节与北半球的季节相反（例如，北夏至与南冬至同时）。

在现代，地球的近日点发生在1月3日左右，远日点发生在7月4日左右。换句话说，地球在一月份离太阳较近，在七月份离太阳较远，这对居住在北半球的人来说似乎有悖常理，当地球离太阳最近时较冷，离太阳最远时较暖和。地球与太阳距离的变化导致在近日点相对于远日点到达地球的总太阳能增加约7%[8]。由于南半球在地球最接近太阳的同时向太阳倾斜，因此南半球在一年中从太阳接收的能量略多于北半球。然而，这种效应远不如轴向倾斜引起的总能量变化显著，大部分多余的能量被南半球较高比例的水覆盖的表面吸收[9]。

地球的希尔球（引力影响范围）半径约为1,500,000 公里（0.01 AU），或大约是到月球平均距离的四倍[10][nb 2]。这是地球引力影响比更遥远的太阳和行星更强的最大距离。绕地球运行的物体必须在这个半径内，否则，它们可能会受太阳引力扰动的束缚。

轨道特性
历元 J2000.0[nb 3]
远日点 152.10×10^6 km（94.51×10^6 mi）
1.0167 AU[nb 4]
近日点 147.10×10^6 km（91.40×10^6 mi）
0.98329 AU[nb 4]
半长轴 149.60×10^6 km（92.96×10^6 mi）
1.0000010178 AU[11]
离心率 0.0167086[11]
倾角 对太阳的赤道：7.155°
对不变平面（英语：Invariable plane）：1.578690°[12]
升交点黄经 174.9°[11]
近心点经度 102.9°[11]
近心点幅角 288.1°[11][nb 5]
周期 365.256363004 日[13]
平均轨道速度 29.78 km/s（18.50 mi/s）[3]
107,208 km/h（66,616 mph）
远日点速度 29.29 km/s（18.20 mi/s）[3]
近日点速度 30.29 km/s（18.82 mi/s）[3]

下图说明了地球椭圆轨道的至点、分点和 拱点线的位置和关系。这六张地球图像沿椭圆轨道的位置，依次是1月2日至1月5日的近日点（近心点：离太阳最近的点），3月19日、20日或21日的3月分点，6月20日、21日或 22日的六月至点，7月3日至7月5日的远日点（远地点：离太阳最远的点），9月22日、23日或24日的9月分点，12月21日、22日或23日的12月至日[7]。

 
夸张地描绘了地球绕太阳的椭圆轨道，标志着轨道极点（远地点和近心点）与四个季节极端点（分点和至点）不同
 
地球、月球和太阳的运动方向。

未来 编辑

主条目：太阳系稳定性问题

数学家和天文学家（如拉普拉斯、拉格朗日、高斯、庞加莱、科摩哥洛夫、弗拉基米尔·阿诺德和于尔根·莫泽）一直在寻找行星运动稳定性的证据，这一探索导致了许多数学发展和太阳系稳定性的连续“证明”[14]。根据大多数预测，地球的轨道将在很长一段时间内相对稳定[15]。

1989年，雅克·拉斯卡（英语：Jacques Laskar）的工作表明，地球的轨道（以及所有内行星的轨道）可能会变得混乱，而今天量测地球初始位置时，如果误差小到15米，就无法预测1亿年后地球在其轨道上的位置[16]。太阳系建模是N体问题涉及的一个主题。

相关条目 编辑

注解 编辑

  1. ^ 我们的地球绕太阳公转大约需要365天，而一个完整的轨道有360°。这一事实表明，地球每天在其轨道上运行大约1°。因此，太阳相对于恒星在天空中的移动量似乎相同。
  2. ^ 对于地球，希尔半径为
     
    其中“m”是地球的质量，“a”是天文单位，“M”是太阳的质量。所以以AU为单位的半径约为  [来源请求]
  3. ^ 所有的天文量都是不同的，既有长期变化，也有周期地。给定的量是长期变化的暂态值J2000.0，忽略所有周期变化。
  4. ^ 4.0 4.1 远日点 = a × (1 + e)；近日点 = a × (1 – e)， 其中a是半长轴，e是离心率。
  5. ^ 参考文献列出了近日点经度，它是升交点的经度和近日点的引数之和。从（102.937°）减去交点经度174.873°即为−71.936°。 加上360°即为288.064°。该相加不会改变角度，但表示为通常的0–360°经度范围。

参考资料 编辑

  1. ^ Sun: Facts & Figures. Solar System Exploration. National Aeronautics and Space Administration. [July 29, 2015]. （原始内容存档于July 3, 2015）. 
  2. ^ Jean Meeus, Astronomical Algorithms 2nd ed, ISBN 0-943396-61-1 (Richmond, VA: Willmann-Bell, 1998) 238. See Ellipse#Circumference. The formula by Ramanujan is accurate enough.[来源请求]
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Williams, David R. Earth Fact Sheet. NASA. 2004-09-01 [2007-03-17]. 
  4. ^ De revolutionibus orbium coelestium. Johannes Petreius. 1543. 
  5. ^ Jerry Brotton, A History of the World in Twelve Maps, London: Allen Lane, 2012, ISBN 9781846140990 p. 262.
  6. ^ What causes the seasons? (NASA). [January 22, 2015]. 
  7. ^ 7.0 7.1 Date & Time of Solstices & Equinoxes. August 28, 2013 [January 22, 2015]. 
  8. ^ Solar Energy Reaching The Earth's Surface. ITACA. [2022-01-30]. （原始内容存档于30 January 2022）. 
  9. ^ Williams, Jack. Earth's tilt creates seasons. USAToday. 2005-12-20 [2007-03-17]. 
  10. ^ Vázquez, M.; Montañés Rodríguez, P.; Palle, E. The Earth as an Object of Astrophysical Interest in the Search for Extrasolar Planets (PDF). Instituto de Astrofísica de Canarias. 2006 [2007-03-21]. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 11.3 11.4 Simon, J.L.; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touzé, M.; Francou, G.; Laskar, J. Numerical expressions for precession formulae and mean elements for the Moon and planets. Astronomy and Astrophysics. February 1994, 282 (2): 663–683. Bibcode:1994A&A...282..663S. 
  12. ^ Allen, Clabon Walter; Cox, Arthur N. Allen's Astrophysical Quantities. Springer. 2000: 294. ISBN 0-387-98746-0. 
  13. ^ The figure appears in multiple references, and is derived from the VSOP87 elements from section 5.8.3, p. 675 of the following: Simon, J. L.; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touzé, M.; Francou, G.; Laskar, J. Numerical expressions for precession formulae and mean elements for the Moon and planets. Astronomy and Astrophysics. February 1994, 282 (2): 663–683. Bibcode:1994A&A...282..663S. 
  14. ^ Laskar, J. Solar System: Stability. Murdin, Paul (编). Encyclopedia of Astronomy and Astropvhysics. Bristol: Institute of Physics Publishing. 2001. article 2198. 
  15. ^ Gribbin, John. Deep simplicity : bringing order to chaos and complexity  1st U.S. New York: Random House. 2004. ISBN 978-1-4000-6256-0. 
  16. ^ Earth-Venus smash-up possible. June 11, 2009 [Jan 22, 2015]. （原始内容存档于23 January 2015）. 

外部链接 编辑

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