地球在太空中的运行轨道

地球在太空中的运行轨道

我们生活在十分优美的错觉中，人类对自己居住的这颗行星稍有真实了解之前，他们一直凭直觉认为，任何一个人都是他自己周围事物的中心，任何国家都是周围邻国的中心，地球这一星体当然便是周围天体的中心，总感到地球稳妥地悬浮在浩瀚的宇宙之中，而宇宙中的其他星体绕地球转动，地球是万物的中心。

然而，真正的情况并非如此。太阳只不过是银河系(图1—2)这个“宇宙岛”上的亿万颗恒星中的一颗，而银河系又是亿万个“宇宙岛”中的一个。与一般星系相比，银河系只不过是一个中等规模的星系。在数十亿星系当中的一个星系边缘，有一颗环绕着普通恒星太阳运行的行星，这就是地球。显然，在太空深处看地球，我们的行星地球仅仅是一个无足轻重的小点，是一颗极易被忽略的天体。然而，地球虽然很小，但对于我们人类却十分重要，因为它是天体中唯一已知有生命存在的地方，因为它是我们在宇宙空间中唯一的家。

图1—2　银河系

我们的地球带着它的卫星月亮在宇宙中旋转运行，观察者可以从太空中适当的地点观察地球永不停息的运动，可以发现有八种运动同时发生，一个一个叠加复合，组成一个错综复杂的空中轨道系统。

地球的自转、旋晃和颤摇

1.自转运动(图1—3):地球绕地轴的自转运动。赤道上各点以每小时1690千米的速率自转，24小时是地球绕地轴自转一周的结果，它使地球表面每个地区都不间断地由面向太阳到背向太阳，这一转动形成了昼夜交替现象的出现。

图1—3　地球自转示意图

2.旋晃进动:地球绕太阳运行的同时，地球本身也由西向东自转，倾斜的地轴沿一个闭合的圆周缓慢运动，地球自转轴旋进的周期为每25700年完成一周，在这一过程中勾画出一对锥体，这一运动称为进动，像陀螺的旋晃。

3.颤摇章动:由于太阳及月亮的引力，它们对地球的共同作用的结果，使地轴产生类似微微点头的小幅度颤摇，这种颤摇效果称为章动。由于转动的轨道不是平滑的，即地轴在长周期旋进中，在它的平均位置上附加了一种短周期的章动的摆动，其主要部分的周期是18.6年。地球自转轴所扫过的轨迹不是一个简单的锥面，由于地轴的里外摆动，使锥面带上了一个荷叶边。事实上，以地轴为中心的自转也不是完全稳定的，例如月球对海洋的引潮力产生潮汐涨落、由于潮汐重量的移动而使地球轻微失衡等，这时地轴也会旋晃摆动。

地球的公转

1.公转运动:地球以每秒29.79千米的速度绕太阳公转，地轴与地球公转的轨道面的倾斜角为66度34分，公转的轨道呈椭圆形，公转一周9.4亿千米，大致需时365天5时48分46秒，因此公转的运行便产生了地球上四季的相继出现(图1—4、图1—5)。

图1—4　黄道平面与赤道平面的交角

由于地轴与地球的公转轨道面的倾斜角为66度34分，而且地轴在宇宙空间的方向不因季节变化而变化，地轴的北端总是指向北极星附近。因此在地球绕日公转的过程中，太阳有时直射在北半球，有时直射在南半球，有时直射在赤道上。太阳直射的范围最北是北纬23度26分，最南是南纬23度26分。当太阳直射在北纬23度26分时，是夏至日(6月22日前后);以后太阳直射点南移，到了秋分日(9月23日前后)，太阳直射在赤道上;太阳直射在南纬23度26分，这一天是冬至日(12月22日前后);以后太阳直射点北返，当太阳再次直射赤道时，是春分日(3月21日前后);夏至时太阳又直射在北纬23度26分。这样地球以一年为周期绕太阳公转，太阳直射点相应地在南北回归线之间往返移动，所以在南北回归线之间各地，每年两次受到太阳直射。

图1—5　地球公转示意图

影响地球上季节温度变化的决定性因素是太阳照射地面的角度，而不是太阳与地球之间的距离，无论南半球或北半球，太阳以较近直射的角度来照射地球地面的季节是夏季，而照射角度最小的季节则是冬季。

2.地月质量中心轨道运动:地球绕太阳公转的椭圆形轨道并不就是地心运行的轨道，太阳的引力作用于地球和月球，地球和月球这一对由万有引力联成一体的双星，在绕太阳运行的椭圆形轨道上，地球和月球就像组成的一头大而另一头小的巨型不对称哑铃一般。事实上，地球围绕太阳公转运行的椭圆形轨道，是不对称哑铃的质量中心运行的椭圆形轨道，这个质量中心并不在地球中心，而在离地心约4800千米处的地球内部。

由于月球每个月还要绕地球运行一周，这只绕日巨型哑铃另一端地球的地心遂不断受到月球牵动，而在公转轨道上不断地来回摆动，地球中心的运行轨道是弯弯曲曲的，因此地心的运行轨道沿公转轨道蛇行向前呈之字形曲线。地月系统不会在以后的年代里回到先前的运行轨道上。

其他三种小的摆动运动

1.其他行星对地球的引力运动:天体中其他行星对地球的引力不是很大，因此它们引起地球偏离公转轨道的幅度非常小，甚至微不足道。

2.银河系在其所属的本星系群的星云中的穿越运动:即太阳带着地球以每秒19千米的速度向武仙座方向移动。

3.太阳带着地球围绕银河系的中心做高速盘旋前进运动:即太阳以每秒240千米的速度带着地球在银河系中疾驰。