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地球的进动与章动 精选

已有 33974 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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IP: 123.246.160.*   | 赞 +1 [53]wwwjjjjjj   2017-4-27 18:33
岁差与章动都是伪科学!
wang.jinjia@163.com
IP: 114.249.68.*   | 赞 +1 [52]魏东平   2014-12-7 10:52
谢谢评论。

应该是基于不同参考系下,看问题的角度不同而产生了理解上的歧义。
IP: 99.195.199.*   | 赞 +1 [51]韩劭   2014-12-7 10:38
又一个不懂装懂的:
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[21]Setout  2013-6-23 21:19
“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″。” ? 弄错了吧,这里的进动是指地球公转轨道长轴(其他轴也一样)绕太阳转动,转动方向和公转运行方向一致。 请仔细核查,区分进动的含义(两种含义)。
博主回复(2013-6-23 21:44):我将在正文里加注您的评论。
博主回复(2013-6-23 21:41):谢谢评论!是的,您的解释更准确一些。
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这位setout应该是混淆了近日点进动和测地进动的区别。博主原文是正确的,但是被这位忽悠了!
IP: 124.127.66.*   | 赞 +1 [50]chaijf   2013-7-9 08:44
蒋老师观点的出发点  和 魏老师 是不同。
IP: 221.211.120.*   | 赞 +1 [49]guoyupeng111   2013-7-6 21:22
???
IP: 113.7.176.*   | 赞 +1 [48]guoyupeng111   2013-6-30 14:25
魏先生,你劝我看地震的基础理论,说心里话,我还真不敢看了,为什么这么说呢?因为世界的权威说了“地震不可预测”,我对这句话进行了分析,假如地震基础理论是对的,就绝不会产生这样的“断言”,假如地震的基础理论是错的,我根本用不到去学习它,假如我学了地震基础理论,我就可能和你一样,顽固透顶,我也很难同意任何一种说法。因为我学的“地震基础理论”千万不能推翻,假如推翻了,这是多么凄伤的一件事情呢?
博主回复(2013-6-30 14:06):我对您保持了足够的尊重,为此单独写成一篇博文给予回答。

既如此,希望求同存异。
=================
博主回复(2013-6-30 14:06):我对您保持了足够的尊重,-----这一点到不很重要了,我却觉得,在科学网里,每个人都该以“尊重科学”为前提,对待任何一个悖逆科学、传递错误知识的人绝不该客气,你说对么?
回复  ---
2013-6-30 14:351 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.7.176.*   | 赞 +1 [47]guoyupeng111   2013-6-30 13:56
魏先生,你劝我看地震的基础理论,说心里话,我还真不敢看了,为什么这么说呢?因为世界的权威说了“地震不可预测”,我对这句话进行了分析,假如地震基础理论是对的,就绝不会产生这样的“断言”,假如地震的基础理论是错的,我根本用不到去学习它,假如我学了地震基础理论,我就可能和你一样,顽固透顶,我也很难同意任何一种说法。因为我学的“地震基础理论”千万不能推翻,假如推翻了,这是多么凄伤的一件事情呢?
回复  我对您保持了足够的尊重,为此单独写成一篇博文给予回答。

既如此,希望求同存异。
2013-6-30 14:061 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.7.176.*   | 赞 +1 [46]guoyupeng111   2013-6-30 11:51
魏先生,你是研究地球科学的,既然把地球的“进动”与什么“章动”说的“活灵活现”,那么对于地球的“震动”也一定很心中有数了,何不把世界都很关心的地球“震动”在此解释一番,因为所有的人都关注你能做一点点的说明与解释,也不妄为地球研究多年的学者。
回复  谢谢您一再询问地震有关的问题。但很显然,您本人虽然一直保持着对于地震学相关知识的好奇心,但并没有采取任何行动,去认真地学习有关地震学的基础知识,整天保留在自己虚幻的对于地球“振动”的理解上面。

说老实话,我其实是对您的这种好奇心持非常敬重的态度的,这里给出我关于——【置顶】地震高级科普PPT——博文的链接,希望您下载后好好地看一看,了解了解一些地震学的基本概念。这篇博文的链接如下:
http://blog.sciencenet.cn/blog-206819-222374.html

其中有一个很详细的PPT附件,其链接如下:
http://bbs.sciencenet.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=45227&highlight=%B5%D8%D5%F0%B8%DF%BC%B6%BF%C6%C6%D5PPT
2013-6-30 13:351 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 218.92.197.*   | 赞 +1 [45]张永生   2013-6-25 07:55
明白了,您说的进动与章动与地球的公转关系不大。
回复  :-)
2013-6-25 20:001 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 219.82.47.*   | [44]用户名   2013-6-24 21:26
评论已经被科学网删除
回复  谢谢您的一系列评论。
2013-6-24 21:371 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 219.82.47.*   | [43]用户名   2013-6-24 21:08
评论已经被科学网删除
回复  关于地球的重力与固体潮,一些非常基础性的问题目前已经解决得相当好了。相关内容,建议看地球物理学相关的教科书,或者是重力与固体潮的专业书籍。我开设的一门《地球物理学基础》课程,也涉及到了你所说内容的一些基本知识。
2013-6-24 21:181 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 219.82.47.*   | [42]用户名   2013-6-24 20:42
评论已经被科学网删除
回复  如果想弄懂弄通地球的进动与章动,必须花大力气学习我说的两本教材,尤其是其严谨的力学推导,并且需要自己检算大量的练习题。单纯从网络上检索一些概念型的东西,是远远不够的,有时候甚至会被网络所误导。

我很怀疑,现在的大学物理系(包括我们地球物理)或力学系里,学习《理论力学》课程时,老师是否还仔细讲解与推导相关的内容。
2013-6-24 20:491 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 218.92.197.*   | 赞 +1 [41]张永生   2013-6-24 20:34
这里的运动应该是以太阳系为参照系的吧,太阳也是运动的,有自转和公转。我看过一个科普片,如果以银河系中心为参照物,地球的公转轨迹是不断上升的螺旋,而不是闭合的圆。
回复  一般情况下,在描述地球的进动与章动时,参照系选地球的球心参照系最为方便,黄道面为XY面。
2013-6-24 20:401 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 219.82.47.*   | [40]用户名   2013-6-24 20:24
评论已经被科学网删除
回复  不别客气。

专业人士需要直接阅读《理论力学》与《天体物理》作为晋阶知识,然后继续追踪专业文献;一般公众视情况不同,大多数知道我博文中所说的这些,应该就可以。
2013-6-24 20:291 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 222.87.23.*   | 赞 +1 [39]trll1   2013-6-24 17:22
根据“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″”,建议老师认真看看理论力学,理由:http://tieba.baidu.com/p/2218565348http://tieba.baidu.com/p/2105731771
IP: 1.202.186.*   | 赞 +1 [38]赵明   2013-6-24 11:15
看到蒋老师“上帝轰炸太平洋”标题,真以为他是在开玩笑调侃
《理论力学》在大学还真学过这门课,可是现在和蒋老师一样全还给老师了
回复     同样,我也有很多课程,都还给老师了。
2013-6-24 17:031 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 50.131.158.*   | 赞 +1 [37]应行仁   2013-6-24 10:37
章动在理论力学里学过,联系到地球的旋转让人眼睛一亮,很有意思的好文章!
这25700年周期的章动让人浮想联翩,将这个与冰河期联系起来,写成科幻的故事里的论据要比炸太平洋靠谱一些。
回复     应老师好!

25700年的周期是进动,章动周期约为19年,详细见博文的正文。
2013-6-24 17:051 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 218.109.190.*   | [36]用户名   2013-6-24 09:39
评论已经被科学网删除
回复  《天体物理》教科书里有这样情况的解法。
2013-6-24 17:061 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 98.208.235.*   | 赞 +1 [35]蒋继平   2013-6-24 09:12
TO : (30) zdIh: 我根本没有看探索频道的有关报道,我的文章完全是我自己从许多科学领域的知识中总结出来的想法。 我以前就谈及一些火星人改造地球的博文, 我几乎不看电视。 因为我用的是立体地图, 因为我从事生物学研究, 因为我深深体会到生态环境对生物生存的重要性, 因为我对宇宙构成非常好奇, 因为我掌握了太阳系几个星球的相关资料, 因为我每天要应付细菌, 真菌, 病毒, 植物, 昆虫, 动物和人, 所以, 我写了这些文章。 还有很多的在后面。
IP: 202.207.170.*   | 赞 +1 [34]王贵文   2013-6-24 08:12
魏老师或者柳老师抽空给大家科普一下Chandler摆动的知识吧。
回复  有时间会的。
2013-6-24 08:161 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 112.82.60.*   | 赞 +1 [33]张永生   2013-6-24 08:04
学习了,虽然看不懂。
回复     很正常,34楼的评论我也没有看懂。
2013-6-24 08:071 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 58.19.166.*   | 赞 +1 [32]kesbabacorn   2013-6-24 05:34
"日月岁差是太阳和月球对地球赤道隆起的引力作用造成的,行星的章动来自于潮汐力所引起的进动(WiKi)"进动是由力矩作用造成的,考虑地球质量分布的二极化分量产生的,都是进动.
回复  没看懂。在您自己的博客上详细解释吧,如果您愿意的话。
2013-6-24 06:441 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 221.201.27.*   | 赞 +1 [31]陈安   2013-6-24 00:03
很欢乐嘛
回复  是很欢乐,如果有海鲜与啤酒的话,胡更欢乐。。。
2013-6-24 06:421 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.225.87.*   | 赞 +1 [30]willi   2013-6-23 23:13
http://www.evolution-of-genius.de/gallery/default.htm
好好看看吧,这才是進士!
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [29]张树风   2013-6-23 23:02
声明:我不是支持蒋继平的理论(也不反对),只是觉得他提出了一个有意思的观点(如果是他首次提出的),仅此而已。
回复  您没有必要申明,蒋继平的博文根本谈不上理论,幻世那句话,我本来是可以选择无视的,但主要是我的修养不足,没有忍耐得住。
2013-6-23 23:041 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  幻世 ---〉 还是
2013-6-23 23:062 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [28]张树风   2013-6-23 22:48
OMG!登录错了!怎么暴露了!
回复     OMG!
2013-6-23 23:001 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [27]张树风   2013-6-23 22:47
是的,目前看来的确如此,但不妨碍新想法新思路,即使那是天马行空奇思妙想,即使是科幻小说也无妨。
给蒋继平博主出个思路:正是由于“火星人”的大冲击,才导致原本一体的大陆板块儿被冲开,从此开始漂移,这样,魏格纳的大陆漂移说就有了“第一推动”,而且,“大冲击”的大概时间也有了,证据链儿就逐渐充实起来了。
回复  您可以自己写博文了。
2013-6-23 23:011 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 113.225.87.*   | [26]用户名   2013-6-23 22:44
评论已经被科学网删除
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [25]Setout   2013-6-23 22:14
我是说有某种合理性。 大陆漂移说当初很长时间里也是被极力反对的。
当然,我不是说认同蒋继平的说法,但他那是个有想法的说法,至少有点儿新意思。
回复  关于地球的起源与未来走向,在绝大多数情况下,终极都会从科学问题变成为哲学问题。
2013-6-23 22:171 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 98.208.235.*   | 赞 +1 [24]蒋继平   2013-6-23 22:12
魏教授, 首先谢谢您的科普, 其次谢谢您对我的博文的关注。 然后我要说的是,我们现在不能一起讨论这个问题。 这是因为我们两人的认知有很大的差异。 我只想对您说, 科学如果按照教科书上说的去想, 去做, 那人类的科技只会倒退或者停止不前。 要是您不同意我的观点,您仍然可以发表您的观点,那是您的权利。
回复  谢谢您的推荐与评论。
2013-6-23 22:141 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [23]Setout   2013-6-23 21:54
谢谢!
蒋继平的说法从地球的转动状态来说不是不可以成为一种有合理性的解释,毕竟,外来冲击的确可以达到同样的效果,我们也无从得知多少万(亿)年前到底发生了什么。只是,他的说法要继续解释:为什么有了那么高的科技的“火星人”到了地球成了原始人(或猴子),莫非冲击过后移民没成功?莫非到了地球之后经历了几次进化的轮回? 总之疑难太多而不自洽。
回复  不能够认同您的“关于蒋继平的说法是一种合理性的解释”的说法。
2013-6-23 22:021 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  实际上,关于蒋继平博主的博文,我本来是可以选择无视的,但最终还是没有忍耐得住。
2013-6-23 22:122 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [22]Setout   2013-6-23 21:42
行星轨道进动的结果是使公转轨道不再是闭合的椭圆。
回复  是这样,您说得对。

我的建议:您可以考虑来科学网开一个博客,科普有关知识。
2013-6-23 21:471 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 119.33.220.*   | 赞 +1 [21]Setout   2013-6-23 21:19
“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″。” ? 弄错了吧,这里的进动是指地球公转轨道长轴(其他轴也一样)绕太阳转动,转动方向和公转运行方向一致。 请仔细核查,区分进动的含义(两种含义)。
回复  谢谢评论!是的,您的解释更准确一些。
2013-6-23 21:411 楼(回复楼主) 赞 +1 |
回复  我将在正文里加注您的评论。
2013-6-23 21:442 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 114.96.31.*   | 赞 +1 [20]陈池来   2013-6-23 20:56
ah,是1/r^2,秀逗了。
回复  :-)
2013-6-23 21:131 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 42.224.252.*   | 赞 +1 [19]jlx1969   2013-6-23 20:55
原来还是围棋高手。
回复  是的,围棋高手,相对围棋低手而言。
2013-6-23 21:141 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 42.224.252.*   | 赞 +1 [18]jlx1969   2013-6-23 20:55
原来还是围棋高手。
IP: 114.96.31.*   | 赞 +1 [17]陈池来   2013-6-23 20:19
太阳辐射能是否应该是:E~1/r^3
回复  E~1/r^3出处?

按照高斯能量积分,应该是E~1/r^2
2013-6-23 20:221 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 183.92.188.*   | 赞 +1 [16]kesbabacorn   2013-6-23 18:58
如果考虑地球非刚体,情况更复杂
回复  那是当然的,不过大多数情况下,刚体地球模型已经足够了。
2013-6-23 19:051 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 183.92.188.*   | 赞 +1 [15]kesbabacorn   2013-6-23 18:54
你说的进动其实不是进动,你说的章动才是进动
回复  我很遗憾地告诉您,您的理解是不对的。
2013-6-23 19:451 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 113.225.87.*   | [14]用户名   2013-6-23 18:41
评论已经被科学网删除
IP: 123.122.119.*   | 赞 +1 [13]苏德辰   2013-6-23 18:19
我就以为蒋老师在开玩笑或者在宣传上帝呢。
回复  各说各话,也没有关系的。
2013-6-23 18:201 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 139.17.9.*   | 赞 +1 [12]周永胜   2013-6-23 17:39
强烈推荐顶置。
回复  永顺您说了不算,科学网MM说了算。
2013-6-23 18:221 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 113.225.87.*   | 赞 +1 [11]willi   2013-6-23 17:23
注意,谁五十步?
博主五十步,但是,谎谬在中心!
蒋继平的感受是他的灵魂通达了上帝,什么是上帝? 电磁波!
电磁波压进了太平洋,拉出了喜马拉雅山。 先拉后压,所以后者为副产品!

蒋先生说的是地球成形时的进程状态,那时候的旋转与其惯性较现在正常状态时是无法比拟的。 旋转=进动,惯性滑行=章动!
IP: 113.225.87.*   | 赞 +1 [10]willi   2013-6-23 17:14
五十步笑百步
IP: 180.152.233.*   | 赞 +1 [9]blackrain007   2013-6-23 14:44
没想到这事情还要东平专门科普一下~~~~
回复  这还没有超出本人的专业范围。。。
2013-6-23 18:171 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 183.157.160.*   | 赞 +1 [8]赵美娣   2013-6-23 12:43
好科普!
回复  谢谢赵老师美言。
2013-6-23 12:461 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 202.198.152.*   | 赞 +1 [7]杨学祥   2013-6-23 12:26
收藏了。
回复  问好杨老师。
2013-6-23 12:321 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 220.175.131.*   | 赞 +1 [6]tsau2013   2013-6-23 12:05
老实交代下,见到过蒋叔本人,觉得有点营养不良;不肯定他是很nice、温文尔雅的,没敢交流,俺特爱狗,特爱狗,为了爱吃狗肉
回复  您是“爱屋及乌”了。
2013-6-23 12:071 楼(回复楼主) 赞 +1 |
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IP: 119.118.111.*   | [5]用户名   2013-6-23 11:53
评论已经被科学网删除
回复  谢谢褒言。
2013-6-23 11:561 楼(回复楼主) 赞 +1 |
IP: 171.216.177.*   | 赞 +1 [4]唐常杰   2013-6-23 11:31
精彩,长见识了。
回复  呵呵,问好唐老师,主要是对蒋继平的那篇“地球自转的副产品”实在是看不过眼,草就而成,有的地方便过于简略了。
2013-6-23 11:361 楼(回复楼主) 赞 +1 |

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