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第六章 地球及其运动,地球和月球的关系: 姐妹 母女 情人 (同源说、分裂说和俘获说 ) 地球已经是一个46亿岁的老寿星了,她起源于原始太阳星云。约在3040亿年前,地球已经开始出现最原始的单细胞生命,后来逐渐进化,出现了各种不同的生物。,地球的自转,地球就像一只陀螺,沿着自转轴自西向东不停地旋转着。她的自转周期为23小时56分4秒,约等于24小时。 同时,地球还围绕太阳公转,她的公转轨道是椭圆形,轨道的半长径达到149,597,870公里。公转一周要365.25天,为一年。 地球自转的证明方法: 落体偏东 傅科摆 贝尔定律,傅科摆,地球的自转,有许多理论和实验上的证据。其中最雄辩和直观的证据,当推法国物理学家傅科(18191868)在巴黎进行的摆的实验。摆总是力图保持其摆动面的方向不变。有了这个不变的摆动面作标记,人们就有条件目睹足下大地的旋转而深信不疑。傅科摆与普通单摆没有什么根本的不同。为了使摆动的持续时间达到足够长度,以便能清楚地看出地球自转的效果,傅科摆比普通单摆要大得多。傅科当时用一根67米长的钢丝绳为摆长,上端系在教堂大厅的穹顶上,下端吊一个27千克重的金属球,构成一个举世罕见的特大号的单摆。绳长,是为了增加摆的振幅和周期;锤重,是为了有效地克服空气阻力的影响。摆锤的下方嵌一枚尖针;地面上,在摆锤往返经过的地方,安放二个沙盘。这样,当 摆锤往复摆动的时候,尖针便在沙盘上划出一道道痕迹来。 傅科的实验表明,摆锤在沙盘上留下的痕迹并不重合,但都在中心相交。他当时测定,在离中心4米远的沙盘上,摆锤连续二次所划出的痕迹,相隔3.6mm。很明显,相对于地面(沙盘)方向来说,摆动面在缓慢地、持续地沿顺时针方向偏转。,贝尔定律,在北半球,河流对右岸的冲刷比对左岸强烈,以致大河右岸通常较为陡峻,而左岸较为平缓。由于这个原因,北半球的河流一般总是从右面绕过障碍,南半球情形相反。,岁差和章动(precession and nutation),在外力作用下,地球自转轴在空间并不保持固定的方向,而是不断发生变化。地轴的长期运动称为岁差,而其周期运动则称为章动。岁差和章动引起天极和春分点在天球上的运动,对恒星的位置有所影响。 像转动中的陀螺一样,地球的自转轴在太空中其实并不固定,而是以26000年的周期在转动,这个运动称为岁差,所以,春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动。,章动 地球自转轴在空间绕着黄道轴转动的同时,还伴随有许多短周期的微小变化。月球轨道面(白道面)位置的变化是引起章动的主要原因。白道的升交点沿黄道向西运动,约18.6年绕行一周,因而月球对地球的引力作用也有同一周期的变化。在天球上,表现为天极(真天极)在绕黄极运动的同时,还围绕其平均位置(平天极)作周期为18.6年的运动。同样,太阳对地球的引力作用也具有周期性变化,并引起相应周期的章动。岁差和章动的共同影响,使得真天极绕着黄极在天球上描绘出一条波状曲线。除太阳和月球的引力外,地球还受到太阳系内其他行星的吸引,从而引起黄道面位置的不断变化,这不仅使黄赤交角改变,而且还使春分点沿赤道产生一个微小的位移(其方向与日月岁差相反),春分点的这种位移称为行星岁差。可根据天体力学理论计算出来. 极移,由于地轴进动,导致春分点移动(26000年转一圈)。所以太阳回到春分点所需的时间(回归年)比回到原来的恒星方向所需的时间要短,关系为: 恒星年 - 回归年 1恒星年=1.00003878回归年 1回归年=365.2422日 1恒星年=365.2564日;相差约20分种。,恒星日、真太阳日与平太阳日 太阳日是昼夜交替的周期,它的长度不仅取决于地球自转周期,而且也包含着地球公转的因素。地球自转可以被认为是均匀的,因而恒星日长度是不变的;但是,公转的影响是非均匀的,因而太阳日的长度略因季节而变化。这种因季节而变化的太阳日,叫真太阳日(或视太阳日)。真太阳日的全年平均值,叫平太阳日(即平均太阳日)。作为时间单位的太阳日是平太阳日。,地方时与标准时 1.地方时 计量时间都以天体(恒星或太阳)的时角为依据,而天体的时角是以观测点的子午圈为起算点,不同地理经圈的观测点都有自己的子午圈,由不同的天子午圈计量的时间是不同的,所以每一个观测地点都是各自的计量时间系统,称为地方系统,计量所得的时间称为地方时.,2.标准时 以某一标准子午线的地方时为邻近地区的共同时间,这样的时间计量称为标准时,或称为区时.现将全世界划为24个时区,每个时区跨越经度15.以英国伦敦格林威治天文台(旧址)所在的子午线为时间和经度计量的标准参考子午线,称其为本初子午线,即地理经度零度线.本初子午线的地方平太阳时,即为格林威治时间,又称世间时.,从本初子午线开始,分别向东和向西每隔15确定一条经线为标准时线,即东经15 、30 、45 180和西经15 、30 、45 180。在标准经线东西各7.5经度范围内属于同一时区。在同一时区内,都采用本区标准时线的地方平太阳时作为全区的统一时间,称为区时,又称标准时。,日界线 以经度180为界,东12区比西12区日期要早一天。凡从西向东越过该线,日期减一天;相反,从东向西越过该线,日期加一天。 这条穿过太平洋的“国际日期变更线”,避开了一些岛屿和地区,这是为了使它们不致分成两个日期,因此,它不是一条直线而是有几个曲折的曲线。人们早晨 起来,常撕一张日历,表示新的一天开始了。 对于居住在一定地区的人们来说,这是没有问题的。但对用飞机、轮船作洲际航行的旅行者,就有点不方便了。例如,当你在从东向西的航行中,因为你是在追赶太阳,所以就感到白天“加长”了;相反,当你从西向东航行时、由于是背离太阳、所以就好像有点白天“短”了的感觉。这样,你就往往会记错日子,把日历翻错。为了避免这种不方便,1884年起人们决定在太平洋中,把180经线附近作为日界线(date line),又称为国际日期变更线。当日界线西侧的东十二区是星期日12点时,日界线东侧的西十二区还是星期六的12点中,两者相差24小时(一天)。因而,当飞机由西向东越过日界线(即从东十二区进入西十二区),日期要退一日,反之日期要进一日。同时为了考虑到行政管理上的便利,日界线并不严格地指东经180度的经线。而是由北极沿东经180度经线,折向白令海峡,绕过阿留申群岛西边,经萨摩亚、斐济,汤加等群岛之间,由新西兰东边再沿180度经线直到南极、在一般的世界地图上,也都将此线标出来,以便识别。,北京时间(东8区) 北京时间=世界时+8小时,季节与昼夜 四季划分 季节与地球的五带,
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