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自轉(zhuǎn) 天體繞自身的中心軸轉(zhuǎn)動

 雙五小叟 2017-02-13

自轉(zhuǎn) 

自轉(zhuǎn)是指物件自行旋轉(zhuǎn)的運動,物件會沿著一條穿越身件本身的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn),這條軸被稱為"自轉(zhuǎn)軸"。一般而言,自轉(zhuǎn)軸都會穿越天體的質(zhì)心。凡衛(wèi)星、行星、恒星、星系繞著自己的軸心轉(zhuǎn)動﹐地球自轉(zhuǎn)是地球沿一根地心的軸(自轉(zhuǎn)軸,也叫地軸)做圓周運動。謂之自轉(zhuǎn)

基本信息

  • 中文名稱

    自轉(zhuǎn)

  • 外文名稱

    Rotation

  • 讀 音

    zì zhuàn

 
  • 日文

    自転

  • 解釋

    天體繞自身的中心軸轉(zhuǎn)動

折疊編輯本段簡介

漢語拼音:zì zhuàn

詞語解釋:

一、

自行轉(zhuǎn)動。

二、

天文學(xué)名詞。凡衛(wèi)星、行星恒星、星系繞著自己的軸心轉(zhuǎn)動﹐謂之自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一周的時間是23小時56分4秒;月亮自轉(zhuǎn)一周的時間跟它繞地球公轉(zhuǎn)一周的時間相同﹐都是27天7小時43分11.5秒。

地球同太陽系其他八大行星一樣,在繞太陽公轉(zhuǎn)的同時。圍繞著一根假想的自轉(zhuǎn)軸在不停地轉(zhuǎn)動,這就是地球的自轉(zhuǎn)。

折疊編輯本段地球自轉(zhuǎn)

折疊方向

地球自轉(zhuǎn)是地球的一種重要運動形式,地球繞自轉(zhuǎn)軸自西向東的轉(zhuǎn)動,從北極點上空看呈逆時針旋轉(zhuǎn),從南極點上空看呈順時針旋轉(zhuǎn)?!暗厍蜃赞D(zhuǎn)”,只是在描述地球自身繞日運行的姿態(tài),它相對于太陽的位置而言,每24小時旋轉(zhuǎn)一周;相對于恒星的位置而言,每23小時56分4秒旋轉(zhuǎn)一周,這是現(xiàn)行時間標(biāo)量的依據(jù),是太陽日和恒星日日長的由來,也是地球出現(xiàn)朝、晝、暮、夜的原因 。

地球自轉(zhuǎn)是地球的一種重要運動形式,自轉(zhuǎn)的

地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜交替模擬示意圖地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜交替模擬示意圖平均角速度為7.292×10-5弧度/秒,在地球赤道上的自轉(zhuǎn)線速度為465米/秒。

格林威治時間所說的一秒是一天的8.641萬分之一,而1972年制作的地球時鐘所定義的一秒是從銫原子中放射出的光振動91億9千2百63萬1千7百70次所需要的時間。

與銫原子振動數(shù)能維持一定速度相比,以地球的自轉(zhuǎn)為準(zhǔn)的格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間是發(fā)生變化的,閏秒就是為了解決這種問題產(chǎn)生的一種時間概念。

ω=2π/(24*3600s)=7.27/100000rad/s

地球在自轉(zhuǎn)時同時公轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)一周需用23小時56分4秒,公轉(zhuǎn)了約0.986度,按地球自轉(zhuǎn)速度折合3分56秒,時間,自轉(zhuǎn)加上公轉(zhuǎn)用的時間共24小時。經(jīng)度每隔15度,地方時相差一小時。

折疊速度

地球自轉(zhuǎn)的角速度大約是每小時15度;而表面每點的線速度隨緯度而變化,是赤道的線速度乘以緯度的余弦。因此赤道的線速度是最大的,兩極的線速度最小。

影響地球自轉(zhuǎn)速度的因素

自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)

地球自轉(zhuǎn)速度主要受三個因素影響,總體使其趨慢。

長期變化

日月對海洋的引潮力使地球自轉(zhuǎn)速度變慢,令地球一日的長度每100年增加1.6毫秒,導(dǎo)致一年的日數(shù)減少,有證據(jù)表明泥盆紀(jì)中期的一年有400日。

季節(jié)變化

有周年變化和半年變化。周年變化是風(fēng)的季節(jié)變化引起的,其振幅為20-25毫秒;半年變化是由日月引潮力對大氣的潮汐作用引起,其振幅約為9毫秒。

不規(guī)則變化

地外和地內(nèi)的物質(zhì)或能量交換,如隕體對地球的撞擊等,時而使地球加速時而使地球變慢。

折疊周期

地球自轉(zhuǎn)的周期是一個行星日,目前其值為23時56分4秒。但是近年來地球自轉(zhuǎn)周期在緩慢增加(即轉(zhuǎn)速緩慢減小),導(dǎo)致需要對全球計時器進(jìn)行調(diào)整,例如2005年12月31日全球鐘表統(tǒng)一加一秒。這樣的調(diào)整稱為閏秒。

折疊規(guī)律性

極移

地軸在地面上的運動,叫做極移。

極移的原因主要有兩種,一種是地軸對于慣性軸偏離的結(jié)果,周期大約為14個月。另一種是大氣季節(jié)性運行導(dǎo)致,其周期為一年。還有其他一些次要的原因,極移的振幅一般不超過15米。

極移的結(jié)果使地球上的緯度和經(jīng)度發(fā)生變化。

進(jìn)動

天極在天球上的位置的變化稱為進(jìn)動。

規(guī)律性

地軸的進(jìn)動是一種圓錐形的運動,其規(guī)律性如下:

圓錐軸線垂直于地球公轉(zhuǎn)軌道平面,指向黃道兩極。

圓錐的半徑是黃赤交角。

運動的方向是自東向西,即同地球自轉(zhuǎn)的方向相反。

運動的速度是每年50秒點29,周期是25800年。

表現(xiàn)

表現(xiàn)為天極的周期性運動。

造成北極星的變遷。

地球赤道面和天赤道發(fā)生系統(tǒng)性的變化。

二分二至點每年在黃道上以50秒點29的速度西移。(歲差)

使回歸年小于恒星

原因

第一,地球形狀

因為地球是一個明顯的扁球體,所以隆起的部位所受的附加引力總是稍大于另一側(cè)。二者之間的差值,總是存在于接近日月的一側(cè)。

第二,黃赤交角

由于黃赤交角的存在,使得日月經(jīng)常在赤道面以外對赤道隆起施加引力。這樣上述引力差就成為一個力矩,使得地軸趨近黃軸,天極趨近黃極。

第三,地球自轉(zhuǎn)

因為上述的引力差,給地球的自轉(zhuǎn)的角動量增加了一個增量,使得地球的自轉(zhuǎn)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這就是地軸的進(jìn)動,也就是歲差。

折疊結(jié)果

自轉(zhuǎn)意義


1.東、西半球發(fā)生晝夜交替

2.不同地方的時間差異

1)經(jīng)度不同,地方時不同,經(jīng)度相差15度,時間相差1小時。)日界線:國際日期變更線,180度經(jīng)線。

6)北京時間:東八區(qū)區(qū)時(120度E的地方時)

2)全球被劃分為24個時區(qū)。

3)各時區(qū)區(qū)時采用本時區(qū)中央經(jīng)線(時區(qū)數(shù)乘以15度)的地方時。

4)時差:相差1經(jīng)度,時差4分鐘。

3、物體偏向

4,日月星辰的東升西落

晝夜交替

1.產(chǎn)生原因:地球不發(fā)光也不透明,地球的自轉(zhuǎn)。

2.周期:1個太陽日,即24小時

3.晨昏線含義:夜半球的分界線,包括晨線和昏線。晨昏線的判讀:①自轉(zhuǎn)法:順地球自轉(zhuǎn)方向,由夜進(jìn)入晝,為晨線;由晝進(jìn)入夜為昏線。②時間法:赤道上地方時為6點對應(yīng)的為晨線;赤道上的地方時為18點,對應(yīng)的為昏線。③方位法:夜半球東側(cè)為晨線,西側(cè)為昏線;晝半球東側(cè)為昏線,西側(cè)為晨線。

地方時和區(qū)時

1.地方時

地方時的概念:以本地子午面作起算平面,根據(jù)任意時天體所確定的時間,均稱該地的地方時。 產(chǎn)生的原因:東邊的地點比西邊的地點先看到日出,東邊地點的時刻較早,西邊地點的時刻較晚。

計算方法:所求地點的時間=已知地點的時間±(兩地相隔的經(jīng)度數(shù)÷15°)×1小時(所求地點在已知地點以東用"+",反之用"-")

2.時區(qū)和區(qū)

時區(qū)的含義:時區(qū)是指同一時間制度的區(qū)域。

時區(qū)的劃分:全球共劃分為24個時區(qū),以本初子午線為基準(zhǔn),從7.5°W向東至7.5°E,劃分為一個時區(qū),叫中時區(qū)或零時區(qū)。在零時區(qū)以東,依次劃分為東一區(qū)至東十二區(qū);在中時區(qū)以西,依次劃分為西一區(qū)至西十二區(qū),東十二區(qū)和西十二區(qū)各跨經(jīng)度7.5°合為一個時區(qū),即十二區(qū)。

區(qū)時的含義:為了方便計時,把每一個時區(qū)中央經(jīng)線的地方時作為整個時區(qū)通用的時間,即區(qū)時。

區(qū)時的計算:所求地的區(qū)時=已知地的區(qū)時±時區(qū)差×1小時(計算某地所在的時區(qū):用該地經(jīng)度÷15°所得商四舍五入取整數(shù),即為時區(qū)數(shù),東西時區(qū)根據(jù)所在經(jīng)度來確定;時區(qū)差的計算:若兩地同屬于東時區(qū)或同屬于西時區(qū),時區(qū)差為兩地時區(qū)數(shù)之差,若兩地分屬于東、西時區(qū),則兩地時區(qū)差為兩地時區(qū)數(shù)之和;"+"、"-"號的取舍:若要計算的地方位于已知地的東側(cè),用"+",反之用"-")。

地方時和區(qū)時的關(guān)系:一般從光照圖上讀到的時間,均是地方時,一個地區(qū)正午太陽高度角最大時,一定是地方時12時,由于區(qū)時從地方時而來,區(qū)時即為一個時區(qū)中央經(jīng)線的地方時,則二者關(guān)系又密切聯(lián)系。兩個地點的地方時,可以相差時、分、秒,而兩個地點的區(qū)時之差只能是小時。

3.日期界線

概念:國際上規(guī)定,把東西十二區(qū)之間的180°經(jīng)線作為國際日期變更線,簡稱日界線。

日界線的特征:日界線是地球上新的一天的起點和舊的一天的終點,地球上日期的更替,都從這條線開始。日界線不是一條直線,而是有些曲折,不完全按照180°經(jīng)線延伸,這是為了附近國家和地區(qū)居民生活的方便,日界線的劃定避免通過陸地。

過日界線時日期的變更:由于在任何時刻,東十二區(qū)總比西十二區(qū)早24小時,即一天。因此,自東十二區(qū)向東進(jìn)入西十二區(qū),日期要減去一天;自西十二區(qū)向西進(jìn)入東十二區(qū),日期要增加一天。東西十二區(qū)時刻相同,但日期相差一天。


折疊編輯本段月球自轉(zhuǎn)

折疊簡介

月球月球

月球公轉(zhuǎn)時在離心力的作用下重心外偏,但在地球的引力作用下重心又向內(nèi)偏。月球就在這兩種力的作用下完成繞自己的軸心自轉(zhuǎn)的。月球?qū)嶋H上是繞自己的軸相對地球旋轉(zhuǎn)。因此無論是用地球作參照物還是用恒星作參照物,月球都是相對地球自轉(zhuǎn)的。月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行自轉(zhuǎn),周期27.32166日,正好是一個恒星月。


月球的自轉(zhuǎn),傳統(tǒng)的解釋是月球是通過公轉(zhuǎn)完成自轉(zhuǎn)的。這樣給人們造成了一種誤會,就是很有名氣的學(xué)者也誤以為月球“相對地心不轉(zhuǎn)”,也就是誤以為月球是繞地軸完成“自轉(zhuǎn)”的。

自轉(zhuǎn)周期

月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行自轉(zhuǎn),周期27.32166日,正好是一個恒星月,所以我們看不見月球背面。這種現(xiàn)象我們稱"同步自轉(zhuǎn)",幾乎是衛(wèi)星世界的普遍規(guī)律。一般認(rèn)為是行星對衛(wèi)星長期潮汐作用的結(jié)果。天平動是一個很奇妙的現(xiàn)象,它使得我們得以看到59%的月面。主要有以下原因:

1、在橢圓軌道的不同部分,自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)角速度不匹配。

2、白道與赤道的交角。

折疊原理

先找一張較大的白紙并在上面畫一平分十二等分(標(biāo)有刻度)的大圓圈表示月球軌道,軌道中心用紅筆標(biāo)出一紅點(圓心),然后找一個較大的象棋并在棋頂上用紅筆沿圓心畫一直線(直徑),并在象棋柱面上用紅筆畫一紅點(表示月球的朝向地球的一面的中心點),放到紙面上的月球軌道上的任一刻度上。

實驗開始,先將棋頂上的直線兩端指向南北(或東西)兩個方向,使象棋柱面上的紅點與軌道圓心、象棋圓心置在一直線上。然后在保持棋頂直線始終指向南北(或東西)方向的前提下把象棋在軌道上逆時針平移到下一刻度上。這時我們會發(fā)現(xiàn)棋柱上的紅點與軌道圓心、棋頂圓心不在同一直線上了,也就是在“公轉(zhuǎn)”時重心偏離了。我們把象棋繞圓心逆時針旋轉(zhuǎn)一個角色,使其柱面上的紅點重新與軌道圓心、棋頂圓心成一直線。然后又保持棋頂上的直線的這一指向逆時針平移到第二個刻度上,以此類推。我們發(fā)現(xiàn),象棋每移到下一刻度都出現(xiàn)柱面紅點偏離軌道圓心(公轉(zhuǎn)成偏),經(jīng)調(diào)整后重新回到三點一線狀態(tài)(自轉(zhuǎn)糾偏)。

上述實驗表明,兩天體在繞中心旋轉(zhuǎn)時,它們的公轉(zhuǎn)都引起重心偏離現(xiàn)象,而這種現(xiàn)象是通過自轉(zhuǎn)來糾正的。至于自轉(zhuǎn)的動力,應(yīng)該說就是重力(對月球而言,也就是地球的吸引力,潮汐作用也可認(rèn)為是一種重力作用),這可能是因為天體內(nèi)部物質(zhì)的空間分布不均勻引起。

這里必須強調(diào),解開月球自轉(zhuǎn)的奧秘并不是從天文知識中得到啟發(fā)而產(chǎn)生,恰恰相反,這是從“機械設(shè)計”原理中的平面構(gòu)件的活動度的計算方法中得到啟發(fā)而想到的。

折疊方式

月球是繞自己的軸心完成自轉(zhuǎn)的。

1、地球和月球都是繞各自的軸心旋轉(zhuǎn)的天體,此時月球的活動度大于零,月球能繞自己的軸心旋轉(zhuǎn)。

2、假定在“地球”是套上一個能相對地心旋轉(zhuǎn)的套筒,再用一根長桿把月球與套筒聯(lián)焊在一起。此時月球的活動度等于零,但能隨套筒的轉(zhuǎn)動繞地球公轉(zhuǎn)(也就是人們認(rèn)為的相對恒星的自轉(zhuǎn))。

3、假定用長桿把月球與地球直接聯(lián)焊在一起。此時月球繞自己的軸心轉(zhuǎn)動的活動度等于零,不能繞自軸自轉(zhuǎn),也不能相對地球公轉(zhuǎn),只能隨地球定位“公轉(zhuǎn)”。

月球繞地軸旋轉(zhuǎn)的情況雖不同,但都不能自轉(zhuǎn),看起來都是一面朝地球。從邏輯學(xué)的角度來考慮,把這種“旋轉(zhuǎn)”說成月球在空間自轉(zhuǎn)是不正確的。這兩種情況下月球無論是相對地球還是相對恒星都不自轉(zhuǎn)。對于相對旋轉(zhuǎn)的兩天體而言,它們彼此都是繞各自的軸心旋轉(zhuǎn)的,是公平的。并沒有一個繞另一個的軸心(公轉(zhuǎn))來實現(xiàn)自轉(zhuǎn)之說。

所以,只能用第1種情況來說明月球是繞自己的軸心旋轉(zhuǎn)的。無論是相對地球,還是相對太陽,月亮都在繞自己的軸心施轉(zhuǎn)。只因它的公轉(zhuǎn)偏心與自轉(zhuǎn)糾偏相抵消,導(dǎo)致不易被人們所察覺。

折疊周期

月球自轉(zhuǎn)周期

月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行自轉(zhuǎn),周期27.32166日,正好是一個恒星月,所以看不見月球背面。這種現(xiàn)象稱“同步自轉(zhuǎn)”,幾乎是衛(wèi)星世界的普遍規(guī)律。一般認(rèn)為是行星衛(wèi)星長期潮汐作用的結(jié)果。天平動是一個很奇妙的現(xiàn)象,它使得我們得以看到59%的月面。

主要有以下原因:

1、在橢圓軌道的不同部分,自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)角速度不匹配。

2、白道與赤道的交角。

折疊編輯本段太陽自轉(zhuǎn)

1610年伽利略研究太陽黑子時發(fā)現(xiàn),認(rèn)為黑子的一些規(guī)則運動是太陽自轉(zhuǎn)的結(jié)果。太陽存在自轉(zhuǎn),可以從黑子以及日面上的其他活動客體,如日珥、暗條和譜斑等在日面上的移動,或從太陽東西邊緣光譜線的多普勒效應(yīng)來證實。太陽自轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同。在日面緯度不同處,自轉(zhuǎn)角速度不同,在太陽赤道,自轉(zhuǎn)最快,緯度越高,自轉(zhuǎn)越慢,這說明太陽存在著較差自轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

基本信息

  • 中文名稱

    太陽自轉(zhuǎn)

  • 時    間

    1610年

 
  • 內(nèi)    容

    太陽存在自轉(zhuǎn)

  • 發(fā)現(xiàn)者

    伽利略

折疊編輯本段基本介紹


太陽系是以太陽為中心,和所有受到太陽的重力約束天體的集合體:8顆行星、至少165顆已知的衛(wèi)星、5顆已經(jīng)辨認(rèn)出來的矮行星(冥王星、谷神星、鬩神星、妊神星和鳥神星)和數(shù)以億計的太陽系小天體。這些小天體包括小行星、柯伊伯帶的天體、彗星和星際塵埃。

廣義上,太陽系的領(lǐng)域包括太陽,4顆像地球的內(nèi)行星,由許多小巖石組成的小行星帶,4顆充滿氣體的巨大外行星,充滿冰凍小巖石,被稱為柯伊伯帶的第二個小天體區(qū)。在柯伊伯帶之外還有黃道離散盤面和太陽圈,和依然屬于假設(shè)的奧爾特云。

依照至太陽的距離,行星依序是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星,8顆中的6顆有天然的衛(wèi)星環(huán)繞著。

折疊編輯本段自轉(zhuǎn)公式

太陽自轉(zhuǎn)角速度Ω和日面緯度□的關(guān)系可以寫成下式:

Ω=a+b sin□□+c sin□□

a、b、c是用最小二乘法根據(jù)日面的活動客體的觀測數(shù)據(jù)整理得到的,隨所觀測的活動客體的不同而不同。以恒星為參考背景,日面緯度17°處的太陽自轉(zhuǎn)周期是25.38日,稱為太陽自轉(zhuǎn)的恒星周期。相對于地球而言的自轉(zhuǎn)周期是27.275日,稱為太陽自轉(zhuǎn)的會合周期。地面的觀測者為了觀測的方便常使用后一數(shù)字。 由于1969年來觀測技術(shù)的發(fā)展,我們能夠更精確地了解太陽自轉(zhuǎn)的情況。1970年,霍華德和哈維發(fā)現(xiàn),太陽表面有一個全球尺度的非軸對稱的速度場,而日面較差自轉(zhuǎn)只是上述速度場的緯向速度分量的反映。這一速度場的存在表明在赤道與極之間有角動量轉(zhuǎn)移。太陽也在自轉(zhuǎn)太陽也在自轉(zhuǎn)

折疊


轉(zhuǎn)速規(guī)律

很早就有人注意到太陽自轉(zhuǎn)速率常有變化。1904年,哈姆就發(fā)現(xiàn),1901~1902年與1903年觀測到的太陽自轉(zhuǎn)速率是不一樣的;1916年,普拉斯基特觀測到在幾天之內(nèi)太陽自轉(zhuǎn)速率的變化達(dá)到每秒0.15公里;1970年霍華德和哈維的精確的觀測更表明太陽自轉(zhuǎn)速率天天都有變化。但是,太陽自轉(zhuǎn)速率隨時間變化的規(guī)律還不清楚,既不是越轉(zhuǎn)越快,也不是越轉(zhuǎn)越慢,而是在某一個上下限之間擺動。 不少人還觀測、研究了色球、日冕太陽磁場扇形結(jié)構(gòu)的較差自轉(zhuǎn)。色球和日冕的自轉(zhuǎn)速率同光球相似。有些觀測表明,在某些日面緯度上日冕自轉(zhuǎn)速度比光球自轉(zhuǎn)速度慢,并且隨太陽周期的位相而變化。至于太陽磁場扇形結(jié)構(gòu)的邊界,并沒有象根據(jù)較差自轉(zhuǎn)理論所預(yù)料的那樣變化,而是呈現(xiàn)出一種剛性旋轉(zhuǎn)。 太陽內(nèi)部的自轉(zhuǎn)無法直接觀測,只能間接推測,例如,根據(jù)主序星的平均自轉(zhuǎn)速度的統(tǒng)計規(guī)律,根據(jù)角速度同恒星年齡和電離鈣發(fā)射線的關(guān)系,或者根據(jù)太陽的鋰-鈹豐度進(jìn)行推測。有的學(xué)者認(rèn)為太陽內(nèi)部自轉(zhuǎn)速度比表面快,有的學(xué)者認(rèn)為比表面慢,看法還不一致。 太陽較差自轉(zhuǎn)的理論研究工作是六十年代才開始的,因為對于太陽對流層中的大尺度環(huán)流的了解有了較大的進(jìn)展,所以在湍流理論的基礎(chǔ)上提出了太陽較差自轉(zhuǎn)的理論,其基本思想是:米粒組織和超米粒組織這些小尺度對流可看作是一種粘滯作用,由于非軸對稱的全球尺度的對流和自轉(zhuǎn)的相互作用,角動量向赤道轉(zhuǎn)移,從而形成了太陽的較差自轉(zhuǎn)。

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