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。