地球繞太陽軌跡
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地球繞太陽軌跡,地球是我們賴以生存的家園,但對於地球其實我們的認識還具有一定的侷限性,例如很多人都不清楚地球軌跡是什麼,也不知道它的變化會帶來哪些影響,下面一起來看一下地球繞太陽軌跡是什麼樣的。
地球繞太陽軌跡1
地球公轉軌道
地球是太陽的八大行星之一,從內側居位於第三位,比地球距離太陽數值小的行星是水星和金星。地球繞太陽的公轉軌道是一個橢圓形,日地最遠距離(遠日點)爲15210萬公里,最近距離(近日點)爲14710萬公里,平均值爲14960萬公里,這也是天文學中定義1個天文單位的長度。在這個軌道上,地球繞太陽公轉一週所需的時間爲365.24天,這就是我們平常所說的一年時間。
地球繞太陽公轉軌道是一個非常近似圓形的橢圓形,其偏心率僅爲0.0167,其中太陽處在這個橢圓形的一個焦點之上。由於地球公轉週期並不是標準的一年365天,因此每年到達近日點和遠日點的時間不是固定的,從目前來看,每年的1月初,地球到達近日點;每年的7月初到達遠日點。
地球圍繞太陽公轉的軌道爲黃道,其所在的平面爲黃道平面。黃道平面與地球自轉軸並不是垂直的,因此黃道平面與赤道平面之間一直存在着一個夾角,這個夾角叫作黃赤交角,數值我們現在一般計爲23度26分。不過,黃赤交角並非固定不變,其最大時爲24.24度,最小時爲22.1度,約4萬年變化循環一次。
開普勒定律與牛頓萬有引力定律
在開普勒發現行星三大定律之前,科學家們所公認爲的行星運行軌道還是標準的圓形。後來,在以往對火星運行的大量觀測數據基礎之上,開普勒試圖編制更加詳細的火星運行週期表,結果發現火星在軌道上的運行並沒有按照正圓形的方式出現,總是“出軌”,然後開普勒就應用偏心圓來代替正圓,最後計算結果仍然與以往長期觀測數據出現一定的誤差,在此基礎上,開普勒逐漸意思到行星公轉軌道並非是標準的圓形,而是帶有一定偏心率的橢圓,之後經過數年的深入研究,提出了開普勒第一定律和第二定律。
開普勒第一定律內容:行星沿橢圓軌道圍繞太陽運動,太陽位於橢圓軌道的兩個焦點之一處。開普勒第二定律內容:在相同的時間段內,行星運動半徑向量所經過的面積相等。後來又經過十多年的研究,開普勒又發現了“兩個行星繞太陽運動,其軌道週期平方之比,等於兩個軌道與太陽平均距離的立方之比”這個開普勒第三定律。
而開普勒定律的發現,爲牛頓最終發現並驗證萬有引力定律提供了不可或缺的基石。當蘋果砸向牛頓的頭之後,牛頓將這種現象與月球圍繞地球運轉進行類比,逐漸意識到在地球和月球中間有一種力,使得月球能夠在擁有初始速度的同時,圍繞地球作圓周運動。
受到開普勒定律特別是第二定律的啓發,牛頓證明了在相等時間內物理受到提向中心力的作用情況下,物體與中心連線所掃過的面積也是相等的。在此基礎上,又通過嚴密的計算,證明了所有沿着圓錐曲線運行的物體,其所受到的中心點的向心力,與該物體到中心點(焦點)的距離平方成反比,最後形成了萬有引力與兩個天體質量成正比、與兩者距離平方成反比的萬有引力定律。
地球的軌道爲何是橢圓形
其實,從開普勒定律我們就可以知道,行星圍繞恆星運轉,其軌道是橢圓形是一個定律,並不是其它作用力施加的影響。這一點牛頓已經應用萬有引力定律加以了證明,計算方法比較複雜,不過我們可以借用歐拉公式、速度和加速度的微積分表達、數次積分變換的`方法,推導出行星與太陽距離r與角向量θ之間存在着如下關係:
r=k/(1-e*sinθ)或者r=r0*(1+e)/(1+e*cosθ)
從以上關係式可以看出,這就是標準的橢圓方程,其中e爲該橢圓的偏心率。
當e=0時,行星公轉軌道爲正圓形;
當 0 當e大於等於1時,軌道就呈現了拋物線或者雙曲線,屬於不閉合曲線,表明軌道只在太陽附近出現一次。 通過上面推導過程可以看出,地球軌道偏心率處於0和1之間,只是比較接近0而已,因此是一個近似圓形的軌道。 總結一下 地球繞太陽公轉軌道是一個橢圓形,這是由地球與太陽之間的距離、公轉初始速度以及太陽質量共同決定的,其偏心率介於0和1之間,並非有另外的一個作用力干擾。 地球繞太陽軌跡2 地球軌道三要素 衆所周知,地球繞太陽運動的軌道並不是“西方繪畫之父”喬託筆下的完美圓形,而更像是一個隨着時間音符不斷律動的橢圓形。而且這種繞行運動的方式有數十種之多,不過最廣爲人知的還是地球的公轉和自轉。 地球上萬物能量皆來源於太陽,當地球繞太陽運行軌道發生變化時,地球表面所接受到的太陽輻射能量也隨之改變,造成地球上氣候發生相應的冷暖波動和風雨變遷。所以,地球上的氣候變化與太陽絕對脫不了干係。 但要了解地球軌道變化對氣候的影響,首先要了解地球軌道的三要素:偏心率、地軸傾斜度、歲差。 偏心率是指地球繞太陽旋轉的橢圓形軌道並非一成不變,其變動範圍是0-0.07,變化週期爲40萬年和10萬年。偏心率的變化對地球表面接受的太陽能量影響很小,但它仍會通過調製歲差振幅進而影響地球表面太陽輻射量。 地軸傾斜度是指地球自轉軸(赤道面)與公轉軸(黃道面)的夾角,又稱地軸傾角,它也一直在21.5°-24.5°之間緩慢變化,週期約4萬年。這個傾角變化會影響着地球緯度之間太陽輻射入射量差異,較小的地軸傾斜度意味着高緯地區會接受更多太陽輻射。 歲差是氣候季節性變化的主要誘因,造成南北半球四季正好相反。它是指地球運轉時近日點和遠日點在公轉軌道上做的一種旋進運動,造成春(秋)分點在黃道面上位置產生變化。歲差的週期約爲2.6萬年和1.9萬年。 寒潮≠氣候突變 我們要明確一點:並不是偶爾幾次寒潮,就能被稱作“氣候突變”。 地球氣候除了經歷萬年尺度的冷、暖、幹、溼的波動外,也會發生一系列更短尺度的突變事件。但真正的氣候突變事件,都是指那種速度快、幅度大、影響廣的變化,通常會導致人類和自然生態難以適應。例如,尼羅河與印度河的古文明和瑪雅文明等的衰落,均與氣候突變有關。 一直以來,科學工作者們都在尋找千年或更短時間尺度氣候突變存在的證據,他們通過一些特殊的地質生物載體,如冰芯、樹輪、硨磲,石筍、湖沼、黃土和深海沉積物等中的蛛絲馬跡,找到了氣候突變過程中留下的有關元素含量、同位素比值等的信息,慢慢試圖揭開過去數萬年來氣候突變的神祕面紗。 人們發現,地球上經歷的氣候突變,表現不盡相同。有人認爲洋流變化是氣候突變的主要誘因,但也有人發現,地球軌道參數變化、冰川動力學、大氣CO_2濃度波動等因素都可能會觸發氣候突變。 比如早在20世紀初,南斯拉夫學者米蘭·柯維奇就指出,地球軌道引起的北半球夏季太陽輻射變化是驅動冰期旋迴的主因。 cker等人在20世紀80年代則指出,氣候突變的主要原因與大西洋經向環流的變化有關。這一觀點在隨後30多年的持續研究中得到普遍認可。 隨着深海鑽探技術的發展,gaard和hger等人又發現格陵蘭島冰芯中的氧同位素記錄了末次冰期一系列千年時間尺度、冷暖快速交替的氣候波動,後來又確認該氣候波動是真實存在的氣候事件,由此確認地球軌道參數變化是冰期旋迴的起搏器。 越來越多的研究表明,地球氣候突變跟地球軌道參數的變化關係密切。 掌握規律,方可預測和應對未來 最近,中國科學院青藏高原研究所的科學家領導的科研團隊,利用先進的複雜氣候模型,系統地闡述了地球軌道變化直接驅動千年氣候事件的動力機理,相關論文在線發表於專業期刊《自然·地球科學》上。 研究人員對最近80萬年間冰期瞬變模擬結果進行研究,發現歲差的變化可通過影響北半球低緯地區的夏季太陽輻射量,調節大氣水汽從大西洋向太平洋的輸送強度,進而調控北大西洋的海表鹽度;大西洋海表鹽度的變化,通過影響北大西洋深層水生成的強度,又能觸發大西洋經向環流的突變。 同時,地軸傾角可通過影響北半球高緯地區的年平均太陽輻射變化,調控北大西洋深層水生成區的海水溫度以及海冰面積,進而影響表層海水垂直混合的強度,引起這些突變。 這一系列的數值模擬試驗證實了,地球軌道的變化不僅可以通過影響冰蓋大小等方式間接調控氣候突變的發生,也可通過影響海洋-大氣系統直接觸發氣候突變。最終,他們確定:過去270萬年以來,更新世所發生的千年氣候事件很可能是地球軌道變化雙重調製的結果。 如今地球氣候異常現象頻出,可能也是一場短尺度範圍內的重要的氣候突變。科學家們相信,只有努力掌握氣候演變的規律,才能更好地預測和應對未來的氣候變化,指引人類可持續發展的方向。 地球繞太陽軌跡3 地球繞着太陽公轉。 一、公轉 地球在自轉的同時還圍繞太陽轉動。地球環繞太陽的運動稱爲地球公轉。因爲同地球一起環繞太陽的還有太陽系的其他天體,太陽是它們共有的中心天體。公轉的方向也是自西向東的,公轉一週的時間是一年。所以太陽公轉也會給我們帶來四季的變化,春夏秋冬四季更替。 地球的公轉的力來自太陽的自傳,就像軸帶動輪子轉動一樣,而太陽的重力(萬有引力)又讓地球不能飛離太陽。 二、自轉 是指物件自行旋轉的運動,物件會沿著一條穿越身件本身的軸進行旋轉,這條軸被稱爲"自轉軸"。一般而言,自轉軸都會穿越天體的質心。凡衛星、行星、恆星、星系繞着自己的軸心轉動,地球自轉是地球沿一根地心的軸(自轉軸,也叫地軸)做圓周運動。這就是自轉。 地球的赤道面,與太陽運動黃道面有一定的角度,以及地球的自轉和太陽的公轉造成了這種一年分爲四個季節的景象。 春分時間:每年的3月20日或3月21日。 夏至時間:每年的6月21日或22日 秋分時間:每年的9月23日或9月24日。 冬至時間:每年的12月21日至23日
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