地球的自转和公转

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：地球自转一周360°，形成一个昼夜，每昼夜分为24h，所以地球每小时自转15°。地球除了自转以外，还绕太阳在偏心率很小的椭圆形轨道上运行，称为“公转”，其周期为一年。地球公转的轨道称为“黄道”，公转轨道所在的平面称为“黄道面”。图1-1是以春分、夏至、秋分、冬至四个典型季节日代表地球公转的行程图。

地球上，一天中有昼夜之分，一年中又有春夏秋冬四季之分。这些自然现象，都是地球自转以及地球围绕太阳公转引起的。

地球每天由西向东绕着通过它自身的南极和北极的一根假想轴自转一周。这根假想轴被称为“地轴”。地球自转一周360°，形成一个昼夜，每昼夜分为24h，所以地球每小时自转15°。

地球除了自转以外，还绕太阳在偏心率很小的椭圆形轨道上运行，称为“公转”，其周期为一年。地球公转的轨道称为“黄道”，公转轨道所在的平面称为“黄道面”。地球的自转轴与黄道面的法线倾斜成23°27′的夹角，也就是地球赤道面与黄道面有23°27′的夹角，所以也称为“黄赤夹角”。地球公转时，自转轴的方向始终不变，这就使得阳光直射赤道的位置有时偏北，有时偏南，从而形成地球上春夏秋冬季节的变化。

图1-1是以春分、夏至、秋分、冬至四个典型季节日代表地球公转的行程图。春分日，太阳垂直照射在地球的赤道位置上，地面上昼夜相等；夏至日，太阳垂直照射在北纬23°27′的地球表面上，在南极圈（南纬66°33′）内的地区整天见不到太阳，而北极圈内的地方则整天太阳不落；秋分日，阳光又垂直照射在地球的赤道位置上，地面上昼夜相等；冬至日，阳光则垂直照射在南纬23°27′的地球表面上，北极圈（北纬66°33′）内整日不见阳光，而南极圈内的地方则整天太阳不落。

图1-1 地球绕太阳运行示意图

地球绕太阳运行一周，历时一年，计365天5小时48分46秒，这一周期在天文学上称为一个“回归年”。在实际日历中，规定一年365天，称为“平年”；每四年增加一天至366天，称为“闰年”。

由于地球绕太阳运行轨道是一个椭圆，所以地球与太阳之间的距离在一年之内是变化的。如表1-1所示，1月初地球过近日点，那时它离太阳比日地平均距离小1.7%；7月初地球过远日点，那时它离太阳比日地平均距离大1.7%；4月初和10月初，地球和太阳的距离等于日地平均距离。

所谓“日地平均距离”是指地球公转的长半径，它等于1.496×10⁸km。天文学中常用它作为计量天体距离的单位，称为一个“天文单位”。由表1-1可以看出，一年中的日地距离变动大约为5×10⁶km。

表1-1 日地距离的变化

由于到达地球表面的太阳辐照度与距离的二次方成反比，它所引起的太阳辐照能量的变化为年平均值的±3.5%之内。正因为如此，严格地说，不同日期测到的日射数值是不能互相比较的，尤其是对于太阳辐照能量的精确测定。为了克服这一点，日射测定学中规定，以日地平均距离所对应的日射数值为标准值，其他任何时间测定的日射数值，都统一修正到日地平均距离的情况下去进行比较。根据平方反比定律，可以有以下公式：

式中，S_R0为日地平均距离所对应的日射数值；S_R为任何时间测定的日射数值；R₀为日地平均距离；R为任何时间的日地距离。

在实际应用中，为方便起见，一般不是直接使用任何时间的日地距离，按式（1-1）计算；而是根据事先做好的表格，按日历的日期去查找（R/R₀）2。

地球的自转和公转

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