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地球的进动与章动 精选

已有 24079 次阅读 2013-6-23 07:14 |个人分类:地球物理|系统分类:科普集锦| 漫谈地球物理, 地球的进动

地球的进动与章动

魏东平 

看到科学网上的蒋继平博主,先是在那儿大谈特谈“上帝轰炸太平洋”,原先只当成他是业余时间玩一玩科学网,便没有在意;今儿个早上又看到他的一篇“地球自转的副产品”。看样子,蒋博主是很严肃很认真地对待这件事情的。

但很显然,这里不说“上帝轰炸太平洋”之匪夷所思与怪诞,单就他的“地球自转的副产品”一文,我可以断言,蒋继平博主在大学里是没有学过《理论力学》的,或者如果他确实是学过这门课程,我可以进一步断言,他是完完全全地彻底地,又将其还回给当初教他的物理老师了。

关于地球自转轴之倾角的产生,或者说地球之进动的产生,其基本原理及细节,在任何一本《理论力学》的教科书里,都应该会有一定篇幅比较详细的介绍。事实上,地球进动的产生,完全是地球自转本身的一个副产品,而不是喜马拉雅的副产品,虽然从严格精确的意义上来讲,喜马拉雅的产生,确实会在高阶小量的尺度上,影响到地球的自转速率、进而也一定程度上影响到地球的进动与章动。

如果蒋继平博主不愿读《理论力学》的话,这里建议他买一个陀螺回家,在自己家的院子里,玩一段时间,从观察陀螺的进动与章动入手,大概也可以进一步悟出点,关于地球进动与章动的相关道理来。联系到这次女航天员王亚平在天宫一号上的太空授课,这里顺便给出一道与旋转陀螺相关的思考题,给包括蒋继平博主在内的感兴趣者思考:

为什么王亚平在太空中旋转陀螺时,那个陀螺的旋转轴所指方向几乎是不变的,而当我们在地表同样是玩陀螺,则会观察到陀螺旋转轴本身的旋转式进动(下图一)?

回归正题,关于地球的进动与章动,这里简介如下:

地球自转是地球的一种重要运动形式,其平均角速度为7.292×10-5弧度每秒;一般而言,地球的自转是均匀的,目前的精密天文观测表明,地球自转存在着数种不同形式的变化。

由于太阳与月亮的引力作用,地球的自转轴在地球绕太阳与地球的公共质心转动时,并不总是保持在空间的同一方向上。其自转轴绕着地球的公转轴(黄轴)旋转,亦称进动。这种进动以大约25700年的周期在空间描绘出一个圆锥面,该锥面的顶角等于黄赤交角23.5°,也使春分点沿黄道反向每 25700年旋转一周,即每年西移约50.3″(日月岁差);同时,由于其它太阳系行星的引力作用,地球的公转轨道面也在不断地改变位置,从而使得黄赤交角发生改变,还使春分点沿赤道每年东移约0.13″(行星岁差);此外,根据广义相对论理论,地球的自转轴会在空间产生相对论性进动(测地岁差),大约为每100年逆时针方向移动1.98″(测地岁差部分可同时参考评论21)。

   由于迴转效应,地球的自转轴相对于公转轴会产生一种点头式的周期运动,叫做章动。太阳引起的地球章动周期约为半年,振幅约为50.3″;而月球引起的地球章动,情况则要复杂许多,在太阳的吸引作用下,白道面与黄道面的交线以角速度360°/18.6年西移,从而产生一种振幅为9.21″及周期为18.6年的周期性运动,构成地球章动的主要成分。 



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