《地球與空間科學(xué)》6 (1)

1、第六章 地球及其運(yùn)動(dòng) 地球和月球的關(guān)系： 姐妹 母女 情人 (同源說(shuō)、分裂說(shuō)和俘獲說(shuō) ) 地球已經(jīng)是一個(gè)46億歲的老壽星了，她起源于原始太陽(yáng)星云。約在3040億年前，地球已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)最原始的單細(xì)胞生命，后來(lái)逐漸進(jìn)化，出現(xiàn)了各種不同的生物。 地球的自轉(zhuǎn) 地球就像一只陀螺，沿著自轉(zhuǎn)軸自西向東不停地旋轉(zhuǎn)著。她的自轉(zhuǎn)周期為23小時(shí)56分4秒，約等于24小時(shí)。 同時(shí)，地球還圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，她的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形，軌道的半長(zhǎng)徑達(dá)到149,597,870公里。公轉(zhuǎn)一周要365.25天，為一年。 地球自轉(zhuǎn)的證明方法： 落體偏東 傅科擺 貝爾定律傅科擺地球的自轉(zhuǎn)，有許多理論和實(shí)驗(yàn)上的證據(jù)。其中最雄辯和直觀的證據(jù)，當(dāng)

2、推法國(guó)物理學(xué)家傅科（18191868）在巴黎進(jìn)行的擺的實(shí)驗(yàn)。擺總是力圖保持其擺動(dòng)面的方向不變。有了這個(gè)不變的擺動(dòng)面作標(biāo)記，人們就有條件目睹足下大地的旋轉(zhuǎn)而深信不疑。傅科擺與普通單擺沒(méi)有什么根本的不同。為了使擺動(dòng)的持續(xù)時(shí)間達(dá)到足夠長(zhǎng)度，以便能清楚地看出地球自轉(zhuǎn)的效果，傅科擺比普通單擺要大得多。傅科當(dāng)時(shí)用一根67米長(zhǎng)的鋼絲繩為擺長(zhǎng)，上端系在教堂大廳的穹頂上，下端吊一個(gè)27千克重的金屬球，構(gòu)成一個(gè)舉世罕見(jiàn)的特大號(hào)的單擺。繩長(zhǎng)，是為了增加擺的振幅和周期；錘重，是為了有效地克服空氣阻力的影響。擺錘的下方嵌一枚尖針；地面上，在擺錘往返經(jīng)過(guò)的地方，安放二個(gè)沙盤(pán)。這樣，當(dāng) 擺錘往復(fù)擺動(dòng)的時(shí)候，尖針便在沙盤(pán)上劃

3、出一道道痕跡來(lái)。傅科的實(shí)驗(yàn)表明，擺錘在沙盤(pán)上留下的痕跡并不重合，但都在中心相交。他當(dāng)時(shí)測(cè)定，在離中心4米遠(yuǎn)的沙盤(pán)上，擺錘連續(xù)二次所劃出的痕跡，相隔3.6mm。很明顯，相對(duì)于地面（沙盤(pán)）方向來(lái)說(shuō)，擺動(dòng)面在緩慢地、持續(xù)地沿順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)。貝爾定律 在北半球，河流對(duì)右岸的沖刷比對(duì)左岸強(qiáng)烈，以致大河右岸通常較為陡峻，而左岸較為平緩。由于這個(gè)原因，北半球的河流一般總是從右面繞過(guò)障礙，南半球情形相反。 歲差和章動(dòng)（precession and nutation) 在外力作用下，地球自轉(zhuǎn)軸在空間并不保持固定的方向,而是不斷發(fā)生變化。地軸的長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為歲差,而其周期運(yùn)動(dòng)則稱(chēng)為章動(dòng)。歲差和章動(dòng)引起天極和春分點(diǎn)在

4、天球上的運(yùn)動(dòng)，對(duì)恒星的位置有所影響。 像轉(zhuǎn)動(dòng)中的陀螺一樣，地球的自轉(zhuǎn)軸在太空中其實(shí)并不固定，而是以26000年的周期在轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為歲差，所以，春分點(diǎn)和天球北極的位置亦會(huì)非常緩慢地移動(dòng)。 章動(dòng) 地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞著黃道軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還伴隨有許多短周期的微小變化。月球軌道面（白道面）位置的變化是引起章動(dòng)的主要原因。白道的升交點(diǎn)沿黃道向西運(yùn)動(dòng)，約18.6年繞行一周，因而月球?qū)Φ厍虻囊ψ饔靡灿型恢芷诘淖兓Ｔ谔烨蛏?，表現(xiàn)為天極（真天極）在繞黃極運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還圍繞其平均位置（平天極）作周期為18.6年的運(yùn)動(dòng)。同樣，太陽(yáng)對(duì)地球的引力作用也具有周期性變化，并引起相應(yīng)周期的章動(dòng)。歲差和章動(dòng)的共同影響

5、，使得真天極繞著黃極在天球上描繪出一條波狀曲線(xiàn)。除太陽(yáng)和月球的引力外，地球還受到太陽(yáng)系內(nèi)其他行星的吸引，從而引起黃道面位置的不斷變化，這不僅使黃赤交角改變，而且還使春分點(diǎn)沿赤道產(chǎn)生一個(gè)微小的位移（其方向與日月歲差相反），春分點(diǎn)的這種位移稱(chēng)為行星歲差?？筛鶕?jù)天體力學(xué)理論計(jì)算出來(lái). 極移 由于地軸進(jìn)動(dòng)，導(dǎo)致春分點(diǎn)移動(dòng)（26000年轉(zhuǎn)一圈）。所以太陽(yáng)回到春分點(diǎn)所需的時(shí)間（回歸年）比回到原來(lái)的恒星方向所需的時(shí)間要短，關(guān)系為： 恒星年 - 回歸年 1恒星年=1.00003878回歸年 1回歸年=365.2422日 1恒星年=365.2564日；相差約20分種。 205360360. 恒星日、真太陽(yáng)日與平

6、太陽(yáng)日 太陽(yáng)日是晝夜交替的周期，它的長(zhǎng)度不僅取決于地球自轉(zhuǎn)周期，而且也包含著地球公轉(zhuǎn)的因素。地球自轉(zhuǎn)可以被認(rèn)為是均勻的，因而恒星日長(zhǎng)度是不變的；但是，公轉(zhuǎn)的影響是非均勻的，因而太陽(yáng)日的長(zhǎng)度略因季節(jié)而變化。這種因季節(jié)而變化的太陽(yáng)日，叫真太陽(yáng)日（或視太陽(yáng)日）。真太陽(yáng)日的全年平均值，叫平太陽(yáng)日（即平均太陽(yáng)日）。作為時(shí)間單位的太陽(yáng)日是平太陽(yáng)日。 地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 1.地方時(shí) 計(jì)量時(shí)間都以天體(恒星或太陽(yáng))的時(shí)角為依據(jù),而天體的時(shí)角是以觀測(cè)點(diǎn)的子午圈為起算點(diǎn),不同地理經(jīng)圈的觀測(cè)點(diǎn)都有自己的子午圈,由不同的天子午圈計(jì)量的時(shí)間是不同的,所以每一個(gè)觀測(cè)地點(diǎn)都是各自的計(jì)量時(shí)間系統(tǒng),稱(chēng)為地方系統(tǒng),計(jì)量所得的時(shí)間稱(chēng)為

7、地方時(shí). 2.標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 以某一標(biāo)準(zhǔn)子午線(xiàn)的地方時(shí)為鄰近地區(qū)的共同時(shí)間,這樣的時(shí)間計(jì)量稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),或稱(chēng)為區(qū)時(shí).現(xiàn)將全世界劃為24個(gè)時(shí)區(qū),每個(gè)時(shí)區(qū)跨越經(jīng)度15.以英國(guó)倫敦格林威治天文臺(tái)(舊址)所在的子午線(xiàn)為時(shí)間和經(jīng)度計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參考子午線(xiàn),稱(chēng)其為本初子午線(xiàn),即地理經(jīng)度零度線(xiàn).本初子午線(xiàn)的地方平太陽(yáng)時(shí),即為格林威治時(shí)間,又稱(chēng)世間時(shí). 從本初子午線(xiàn)開(kāi)始,分別向東和向西每隔15確定一條經(jīng)線(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)線(xiàn),即東經(jīng)15 、30 、45 180和西經(jīng)15 、30 、45 180。在標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線(xiàn)東西各7.5經(jīng)度范圍內(nèi)屬于同一時(shí)區(qū)。在同一時(shí)區(qū)內(nèi)，都采用本區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)線(xiàn)的地方平太陽(yáng)時(shí)作為全區(qū)的統(tǒng)一時(shí)間，稱(chēng)為區(qū)時(shí)，又稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。 日界

8、線(xiàn) 以經(jīng)度180為界，東12區(qū)比西12區(qū)日期要早一天。凡從西向東越過(guò)該線(xiàn)，日期減一天；相反，從東向西越過(guò)該線(xiàn)，日期加一天。 這條穿過(guò)太平洋的“國(guó)際日期變更線(xiàn)”，避開(kāi)了一些島嶼和地區(qū)，這是為了使它們不致分成兩個(gè)日期，因此，它不是一條直線(xiàn)而是有幾個(gè)曲折的曲線(xiàn)。人們?cè)绯?起來(lái)，常撕一張日歷，表示新的一天開(kāi)始了。 對(duì)于居住在一定地區(qū)的人們來(lái)說(shuō)，這是沒(méi)有問(wèn)題的。但對(duì)用飛機(jī)、輪船作洲際航行的旅行者，就有點(diǎn)不方便了。例如，當(dāng)你在從東向西的航行中，因?yàn)槟闶窃谧汾s太陽(yáng)，所以就感到白天“加長(zhǎng)”了；相反，當(dāng)你從西向東航行時(shí)、由于是背離太陽(yáng)、所以就好像有點(diǎn)白天“短”了的感覺(jué)。這樣，你就往往會(huì)記錯(cuò)日子，把日歷翻錯(cuò)。為了避免這種不方便，1884年起人們決定在太平洋中，把180經(jīng)線(xiàn)附近作為日界線(xiàn)（date line），又稱(chēng)為國(guó)際日期變更線(xiàn)。當(dāng)日界線(xiàn)西側(cè)的東十二區(qū)是星期日12點(diǎn)時(shí)，日界線(xiàn)東側(cè)的西十二區(qū)還是星期六的12點(diǎn)中，兩者相差24小時(shí)（一天）。因而，當(dāng)飛機(jī)由西向東越過(guò)日界線(xiàn)（即從東十二區(qū)進(jìn)入西十二區(qū)），日期要退一日，反之日期要進(jìn)一日。同時(shí)為了考慮到行政管理上的便利，日界線(xiàn)并不嚴(yán)格地指東經(jīng)180度的經(jīng)