歲差
歲差,又稱進(jìn)動,指的是某一天體的自轉(zhuǎn)軸在其他天體引力的作用下,相對于空間中的慣性坐標(biāo)系所發(fā)生的緩慢且連續(xù)的變化。具體而言,對于地球而言,主要是太陽、月亮以及其他行星的引力作用,導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸的方向和位置發(fā)生微小但持續(xù)的改變。
歷史發(fā)現(xiàn) 編輯本段
西方發(fā)現(xiàn):公元前129年,古希臘天文學(xué)家、西方古代天文學(xué)的創(chuàng)始人喜帕恰斯,通過比較他觀測到的星表與前人的星表,首次發(fā)現(xiàn)了歲差現(xiàn)象。公元前273年,古希臘天文學(xué)家提摩卡里斯測得室女座星的黃經(jīng)值為172°,而喜帕恰斯在129年測得該星的黃經(jīng)值是174°,由此他斷定,此星在144年內(nèi)相對于春分點(diǎn)移動了2°,而且移動的方向是逆行的。這顆星在1950年測得的黃經(jīng)值是203°08′,即在2222年內(nèi)移動了31°,每年平均50.2”。喜帕恰斯稱黃經(jīng)增加的這一現(xiàn)象為歲差,并解釋為恒星天球圍繞對于恒星是固定的黃極有一種順向轉(zhuǎn)動。
東方發(fā)現(xiàn):4世紀(jì)時,中國晉代天文學(xué)家虞喜在分析古星圖和星空時,也發(fā)現(xiàn)了星星位置的偏移,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了歲差現(xiàn)象。他定出冬至點(diǎn)每50年后退1°?!端问贰ぢ蓺v志》記載:“虞喜云:‘堯時冬至日短星昴,今二千七百余年,乃東壁中,則知每歲漸差之所至?!睔q差這個名詞也由此而來。
分類成因 編輯本段
歲差主要包括赤道歲差、行星歲差、黃道歲差和總歲差四種類型,其成因均與天體間的引力作用密切相關(guān)。
赤道歲差:太陽和月亮對地球的引力作用,使地球自轉(zhuǎn)軸在空間繞北黃極順行旋轉(zhuǎn),平均北天極也以同樣方向繞北黃極旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象被稱為赤道歲差。它使得春分點(diǎn)在固定黃道面上向西移動,速率達(dá)50.39"/年。
行星歲差:除日月對地球的引力外,還有其他行星對地球的引力作用。盡管這種引力很小,不足以改變地軸在空間的方向,但它能使地球繞日公轉(zhuǎn)不嚴(yán)格遵守開普勒定律,導(dǎo)致黃道面移動。這種由于行星引力的攝動作用而使黃道面產(chǎn)生的變化被稱為行星歲差。在行星歲差的影響下,黃赤交角緩慢地變小,每百年變小約47′′。
黃道歲差:由于行星的萬有引力,導(dǎo)致地月系質(zhì)心繞日公轉(zhuǎn)平面(黃道面)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致春分點(diǎn)在天球赤道上每年向東運(yùn)動約0.1′′的現(xiàn)象稱為黃道歲差。黃道歲差使得春分點(diǎn)以12.5"/世紀(jì)的速率在固定的黃道面上西退,伴隨著黃赤交角以46.8"/世紀(jì)的速率減小。
總歲差:由日月歲差和行星歲差共同形成。其中日月歲差自東向西,速度為每年50′′.42,而行星歲差自西向東,速度為每年0′′.13。二者合起來叫總歲差。
現(xiàn)代解說 編輯本段
現(xiàn)在所采用的解說是后來哥白尼提出的:地軸的方向在空間不固定,但它與黃道所成的交角不變,其運(yùn)動的軌跡是一圓錐,因而北天極在恒星天球上所行經(jīng)的路線是一個黃緯為(90°-ε)的小圓。春分點(diǎn)以每年50.26〃的速度在黃道上西移,約26000年移動一周,這也就是北天極繞黃極運(yùn)行的周期。
影響意義 編輯本段
對時間的影響:歲差本身不能改變半球接收的年入射輻射量,但會改變接收的時間。當(dāng)某半球的夏季處于近日點(diǎn)時,這個半球就會經(jīng)歷一個短熱的夏季和一個長而冷的遠(yuǎn)日點(diǎn)冬季。一個世紀(jì)內(nèi)季節(jié)可向前推進(jìn)1.4天。近幾個世紀(jì),歲差已經(jīng)導(dǎo)致了北半球春季變冷、夏季和冬季開始時間的延遲。
對氣候的影響:歲差對地球氣候有重要影響。目前,地球處于近日點(diǎn)的時間是每年的1月,處于遠(yuǎn)日點(diǎn)的時間則是每年的6月,這對地球的溫度有調(diào)節(jié)作用。但1萬年以后的地球可能會在6月份時到達(dá)近日點(diǎn),而在1月份時到達(dá)遠(yuǎn)日點(diǎn)。屆時,南北半球四季的溫度變化將走向極端,北半球越是冬天越冷,而南半球越是夏天就越熱。
對歷法的影響:普通意義上的一年是指地球兩次經(jīng)過春分點(diǎn)的時間間隔,稱為回歸年,包括365.2422個平太陽日(即365天5小時48分46秒)。太陽日是指地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間。由于歲差的影響,回歸年較恒星年短,其長度為365.24219日,或365日5時48分46秒,比恒星年短20分23.5秒。季節(jié)變化的周期與人類所有活動的關(guān)系極為密切,所以歷法上太陽歷是以回歸年為依據(jù)的。
關(guān)聯(lián)名詞 編輯本段
回歸年:地球連續(xù)兩次通過赤道平面與黃道平面的同一交點(diǎn)(春分點(diǎn)或秋分點(diǎn))的時間稱為一個回歸年。由于春分點(diǎn)與秋分點(diǎn)每年向西移動50′′,因此回歸年較恒星年短。
恒星年:地球繞太陽一周實際所需的時間間隔,也就是從地球上觀測,以太陽和某一恒星在同一位置上為起點(diǎn),當(dāng)觀測到太陽再回到這個位置時所需的時間。一個恒星年等于365.25636日,或365日6時9分10秒,大于回歸年的長度。
章動:由于月球、太陽和各大行星與地球間的相對位置存在周期性的變化,因此作用在地球赤道隆起部分的力矩也在發(fā)生變化,導(dǎo)致地月系質(zhì)心繞日公轉(zhuǎn)的軌道面存在周期性的攝動。因此,在歲差的基礎(chǔ)上還存在各種大小和周期各不相同的微小的周期性變化——章動。其中最主要的一項是幅度為9.2′′(交角章動),周期為18.6年的周期項。這是由于月球繞地球的公轉(zhuǎn)軌道面(白道平面)與地球赤道平面之間的交角會以18.6年的周期在18°17'至28°35′之間來回變化而引起的。
極移:地球自轉(zhuǎn)軸與地面的交點(diǎn)稱為地極。由于地球表面的物質(zhì)運(yùn)動(如洋流、海潮等)以及地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(如地幔的運(yùn)動)會使極點(diǎn)(嚴(yán)格地說應(yīng)該是天球歷書極)的位置產(chǎn)生變化,這種現(xiàn)象稱為極移。極移與歲差的主要區(qū)別在于:極移是在不受外力作用下,自轉(zhuǎn)軸在地球內(nèi)部作自由擺動,瞬時極繞著平均地極運(yùn)動,運(yùn)動軌跡是條彎曲的非閉合曲線,其主要周期為近14個月的錢德勒周期。它不改變天極和天赤道在恒星間的位置,對于天體的赤道坐標(biāo)和黃道坐標(biāo)沒有影響,只能使地理坐標(biāo)產(chǎn)生微小的變化。而歲差和章動則是在外力作用下自轉(zhuǎn)軸在空間的受迫運(yùn)動,天極圍繞著黃極作圓周運(yùn)動,周期約為25800年,天極的運(yùn)動使得天極、天赤道和春分點(diǎn)在恒星間的位置都不固定。
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