地球概论第三章
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图 3-3 在两极，傅科摆偏转最 快（与地球自转角速度相同）；
在赤道，偏转速度为零。
地球自转的规律性
一、 地轴和极移
图3-4 极移与 进动的比较
极移是地极的移动，不涉及天极在天 球上位置的变化；进动造成天极的移动， 不涉及地极在地面上的位置的变化
二、 地轴进动
地轴的一种圆锥运动 圆锥轴垂直于轨道平面，指向黄极； 圆锥半径23（黄赤交角）； 方向向西（与地球自转和公转方向相 反）； 速度每年50； 周期25 800年。
恒星日是同恒星时（春分点的时角） 相联系的；
天文学以春分点定义恒星日；
太阳日：太阳连续两次在同地中天时间 24小时00 分
太阴日：月球连续两次在同地中天时间 24小时50 分
太阳日和太阴日不同，二者具有不同的 速度
图 3-9(A)恒星日与太阳日比较
在一个恒星日内，地 球自转360°，在一个太阳 日内，地球公转59，自转 360°59。这59的差值是 地球公转造成的，使太阳 日比恒星日约长4分。
地球公转后果
一、 恒星周年视差 二、 太阳周年运动
二十四气 十二宫 二分点、二至点
三、 行星同太阳的会合运动
会合周期：
设E、P分别表示地球和行星的周期， S为会合周期。便有：
360S = 360 + 3-
360S =
3-
代入(1)，消去 ，整理后，得：
冬夏二至（黄赤二道平行）赤经差最大， 视太阳日最长；
春秋二分（二道交角最大）赤经差最小， 视太阳日最短。
赤经差变化的次要原因是椭圆轨道
造成太阳每日黄经差本身的变化；由 于日地距离的变化，地球公转速度的 不等；
近日点变化最快，视太阳日较长 ；
远日点变化最慢，视太阳日较短。
真太阳日长度受到黄赤交角和椭圆轨道两 个因素的作用和干扰
图3-29 行星的逆行
行星相对于恒星的运动。通常 行星在恒星间自西向东运行，叫顺 行。当行星在其轨道上接近地球时， 即下合前后的地内行星和冲日前后 的地外行星，在天球上转变为向西 运行，叫逆行；经短暂时间后又恢 复顺行。
四、 月球同太阳的会合运动 类似于地外行星 同月相变化相联系 朔望（合和冲） 上下弦（东西方照） 始终向东 没有逆行 会合周期（朔望月）： 1/S = 1/M-1/E
（左）：在北极，只有恒显星和恒隐星，而无出没星；周日 圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出没星，而无恒显星和 恒隐星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某纬度，南北 天极周围有恒显星和恒隐星，天赤道南北是出没星。北天恒星在 地平以上的时间较长，南天恒星反之。周日圈倾斜与地平圈，倾
角为当地余纬（90-）。
= 30 km/s
星光光速：
V
V = 300 000 km/s
则：
tan = 30/300 000 = 0.0001
= 20.47
这个角度为光行差常数。
图3-18 光行差与雨行差示意图
图3-19 光行差椭圆
地球公转以一年为 周期，恒星视位置绕转 其真位置也以一年为周 期，恒星视位置的绕转 路线，被叫做光行差轨 道，其形状则因恒星的 黄纬而不同。在南北黄 极，光行差轨道是半径 为20" 的椭圆 （与地球 轨道形状相同）。在黄 道上，变成长度为20" 2的一段直线。在其他黄 纬，光行差轨道都是半 长轴为20的椭圆：愈近 黄极，椭圆扁率愈小； 愈近黄道，椭圆扁率愈 大。
第三章 地球的运动
第六节 地球的自转 地球自转及证明
傅科摆 特征：摆长，锤重，持续时间长 偏转方向：北半球右偏，南半球左偏 偏转速度：因纬度而异，
d/dt＝15sin/时
傅科摆的特点是绳长、锤重， 使摆动能持续较长时间，并 在沙盘上留下摆动的轨迹。
图 3-1 傅科摆示意图
图 3-2 傅科摆偏转速度
在地球上的观测者看来，来自恒星的光线， 既以每秒300 000千米的速率投向地球，同时， 又以每秒30千米的速率作平行于轨道面的运 动。这样，地球上所看到的星光的视方向， 实际上是这两种运动的合成方向，因而不同 于星光的真方向。视方向与真方向之间存在 着一定的偏离，这就是恒星的光行差位移
雨中奔跑的行人，跑得愈快， 雨伞愈应向前方倾斜。与此类似 的，地球的轨道速度：
图3-30 恒星月与 朔望月的比较
• 周日圈与地平交角=90
三、 水平运动偏转
偏转方向：北半球偏右，南半球偏左 科里奥利力（地转偏向力）
F Vm·sin
科里奥利力只改变运动方向，不改变速率 影响地球大气环流，对形成行星风带、天
气系统和洋流有重要作用
第七节 地球的公转
地球公转及其证明 一、 恒星周年视差
1/S= 1/ P - 1/E 同理，地外行星则有：
1/S= 1/ E - 1/P
周期相差愈大，会合周期愈短；反 之，则愈长。
行星同太阳相对位置的变化 地内行星：上合、下合和东西大距； 地外行星：合日、冲日和东西方照。 行星的逆行： • 地内行星在下合前后逆行； • 地外行星在冲日前后逆行。
平太阳日：真太阳日的全年平均值 （作为时间单位）；
太阳周年运动向东，赤经逐日递增，中 天时刻逐减推迟，连续两次中天的时间 间隔增长， 因而太阳日大于恒星日 ；
太阳每日赤经差因季节而异，视太阳长 度有季节变化。
太阳每日赤经差季节变化的主要原因是黄 赤交角
同样的黄经差造成不同的赤经差；第二 赤道坐标系与黄道坐标系有共同原点 （春分点），因基圈不同，黄经不同于 赤经；
恒显星区：恒显星在天球上的赤纬范围；
恒显圈：恒显星区的界线，即在北点与地 平圈相切的赤纬圈。
• 纬度越高，恒显（隐）星区愈大，出没星区 愈小：周日圈与地平的交角愈小；
• 纬度越低，恒显（隐）区愈小，出没区愈大： 周日圈与地平的交角愈大。
• 恒显（隐）圈的仰（俯）极距=
• 出没星区宽度=2(90－
恒显星、恒显区和恒显圈
恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永 不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上 的恒星；
恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平， 这部分周日圈全部位于地平以下的恒星；
出没星：介于上述两部分星区之间的恒星， 有东升西落，这部分周日圈与地平圈相交动
R/m为赤道半径
地球自转速度演示
地球自转的后果
一、 不同天体的周日运动
恒星周日运动的路线（周日圈），即各 自所在的赤纬圈，都以南北天极为不动 的中心
天和地的关系，犹如球面和球心的关系， 周日运动的方向应同地球自转方向相反
恒星周日运动的周期和速度，如实反映 了地球自转的周期和它的角速度
二、 不同纬度的周日运动
近点年：以近日点为参考点，每年东移 11 ，大于恒星年，365.259 6日
交点年：以黄白交点为参考点，每年西 移20 ，小于恒星年， 346.620 0日
四、 地球公转速度
角速度：平均每日59（因距离而变化） 线速度：平均每秒30km（因距离而变化） 面速度：不变（开普勒第二定律）
年视差和光行差比较
黄纬愈高，年视差椭圆的偏心率愈小；
恒星年视差沿轨道半径方向偏离其平均 位置；
恒星光行差则沿轨道切线方向偏离其真 位置。
多普勒效应
地球轨道速度对星光频率的影响。
6634′
图3-21 地球与地球共转轨道面的交角
地球公转的规律性 一、 地球轨道
轨道形状：椭圆
地轴进动的原因 地球形状； 黄赤交角； 地球自转。
图 3-5 左：陀螺的进动（向东） 右：地球的进动（向西）
图 3-6 力矩 M1>M2，合力矩使地轴趋近黄轴
地轴进动的表现 天极周期性运动； 北极星变迁； 赤道面（和天赤道）的系统的变化； 二分点沿黄道西移（交点退行） ；
远日点（地球七月初经过） ： 152 100 000km。
图3-22 地球的近日 点和远日点
二、 黄赤交角
图3-23 地球的轨道面
三、 地球公转周期
恒星年：以恒星为参考点，无明显自行， 365.256 4日
回归年：以春分点为参考点，每年西移 50 ，小于恒星年，365.242 2日
使回归年小于恒星年（我国古称“岁 差”）太阳巡天一周，有别于季节上的 一周岁，差值为20 ；
春分点西移：
• 赤道坐标系中：恒星赤经和赤纬都缓 慢而持续变化；
• 黄道坐标系中：春分点沿黄道西移， 恒星黄经持续变化，黄纬不变。
三、 地球自转的周期
恒星日：同一恒星连续两次在同地中天 的时间，地球自转的真正周期（有细微 差别），23小时56 分
真太阳日长度变化：二至最长，二分 最短；
冬至略长于夏至（最长的视太阳日在 冬至后） ；
秋分短于春分（最短的视太阳日在秋 分前）。
五、 地球自转速度
角速度：15/h
线速度：
V0＝2R/T=465m/s
V V0 cos
V0为赤道上的线速度
V为纬度上的线速度
T/s为地球自转周期
图3-9(B) 恒星日与太阴日比较
在一个恒星日内，地球 自转360°，在一个太阴日 内，月球公转31°38，地球 自转373°38，这13°38的 差值是月球公转造成的，使 太阴日比恒星日长约54分。
四、 真（视）太阳日与平太阳日
视太阳日长度的季节变化
太阳每日赤经差
真（视）太阳日：太阳日不同于恒星 日，在于太阳每日赤经差因季节而变 化；
恒星年视差
地球轨道位置对恒星视位置的影响；
当日地连线垂直星地连线时，视差位移 达最大值（每年二次），为该恒星年视 差大小；
恒星愈远，其年视差愈小（比邻星年视 差为0.76 ） ；
恒星年视差的角秒值，与恒星距离的秒
差距互为倒数：D
二、 光行差
光行差是地球轨道速度对于光速的影响。地 球向某一恒星接近，在相互关系上，也可以 看作该恒星向地球接近
轨道半长轴（a）：149 600 000km； 轨道半短轴（b）：149 580 000km； 半焦距（c）：2 500 000km； 周长（l）：940 000 000km； 偏心率（e）：0.016； 扁 率 （f）：7 000。
太阳在轨道中的位置：两焦点之一
近日点（地球一月初经过） ： 147 100 000km；
在赤道，偏转速度为零。
地球自转的规律性
一、 地轴和极移
图3-4 极移与 进动的比较
极移是地极的移动，不涉及天极在天 球上位置的变化；进动造成天极的移动， 不涉及地极在地面上的位置的变化
二、 地轴进动
地轴的一种圆锥运动 圆锥轴垂直于轨道平面，指向黄极； 圆锥半径23（黄赤交角）； 方向向西（与地球自转和公转方向相 反）； 速度每年50； 周期25 800年。
恒星日是同恒星时（春分点的时角） 相联系的；
天文学以春分点定义恒星日；
太阳日：太阳连续两次在同地中天时间 24小时00 分
太阴日：月球连续两次在同地中天时间 24小时50 分
太阳日和太阴日不同，二者具有不同的 速度
图 3-9(A)恒星日与太阳日比较
在一个恒星日内，地 球自转360°，在一个太阳 日内，地球公转59，自转 360°59。这59的差值是 地球公转造成的，使太阳 日比恒星日约长4分。
地球公转后果
一、 恒星周年视差 二、 太阳周年运动
二十四气 十二宫 二分点、二至点
三、 行星同太阳的会合运动
会合周期：
设E、P分别表示地球和行星的周期， S为会合周期。便有：
360S = 360 + 3-
360S =
3-
代入(1)，消去 ，整理后，得：
冬夏二至（黄赤二道平行）赤经差最大， 视太阳日最长；
春秋二分（二道交角最大）赤经差最小， 视太阳日最短。
赤经差变化的次要原因是椭圆轨道
造成太阳每日黄经差本身的变化；由 于日地距离的变化，地球公转速度的 不等；
近日点变化最快，视太阳日较长 ；
远日点变化最慢，视太阳日较短。
真太阳日长度受到黄赤交角和椭圆轨道两 个因素的作用和干扰
图3-29 行星的逆行
行星相对于恒星的运动。通常 行星在恒星间自西向东运行，叫顺 行。当行星在其轨道上接近地球时， 即下合前后的地内行星和冲日前后 的地外行星，在天球上转变为向西 运行，叫逆行；经短暂时间后又恢 复顺行。
四、 月球同太阳的会合运动 类似于地外行星 同月相变化相联系 朔望（合和冲） 上下弦（东西方照） 始终向东 没有逆行 会合周期（朔望月）： 1/S = 1/M-1/E
（左）：在北极，只有恒显星和恒隐星，而无出没星；周日 圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出没星，而无恒显星和 恒隐星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某纬度，南北 天极周围有恒显星和恒隐星，天赤道南北是出没星。北天恒星在 地平以上的时间较长，南天恒星反之。周日圈倾斜与地平圈，倾
角为当地余纬（90-）。
= 30 km/s
星光光速：
V
V = 300 000 km/s
则：
tan = 30/300 000 = 0.0001
= 20.47
这个角度为光行差常数。
图3-18 光行差与雨行差示意图
图3-19 光行差椭圆
地球公转以一年为 周期，恒星视位置绕转 其真位置也以一年为周 期，恒星视位置的绕转 路线，被叫做光行差轨 道，其形状则因恒星的 黄纬而不同。在南北黄 极，光行差轨道是半径 为20" 的椭圆 （与地球 轨道形状相同）。在黄 道上，变成长度为20" 2的一段直线。在其他黄 纬，光行差轨道都是半 长轴为20的椭圆：愈近 黄极，椭圆扁率愈小； 愈近黄道，椭圆扁率愈 大。
第三章 地球的运动
第六节 地球的自转 地球自转及证明
傅科摆 特征：摆长，锤重，持续时间长 偏转方向：北半球右偏，南半球左偏 偏转速度：因纬度而异，
d/dt＝15sin/时
傅科摆的特点是绳长、锤重， 使摆动能持续较长时间，并 在沙盘上留下摆动的轨迹。
图 3-1 傅科摆示意图
图 3-2 傅科摆偏转速度
在地球上的观测者看来，来自恒星的光线， 既以每秒300 000千米的速率投向地球，同时， 又以每秒30千米的速率作平行于轨道面的运 动。这样，地球上所看到的星光的视方向， 实际上是这两种运动的合成方向，因而不同 于星光的真方向。视方向与真方向之间存在 着一定的偏离，这就是恒星的光行差位移
雨中奔跑的行人，跑得愈快， 雨伞愈应向前方倾斜。与此类似 的，地球的轨道速度：
图3-30 恒星月与 朔望月的比较
• 周日圈与地平交角=90
三、 水平运动偏转
偏转方向：北半球偏右，南半球偏左 科里奥利力（地转偏向力）
F Vm·sin
科里奥利力只改变运动方向，不改变速率 影响地球大气环流，对形成行星风带、天
气系统和洋流有重要作用
第七节 地球的公转
地球公转及其证明 一、 恒星周年视差
1/S= 1/ P - 1/E 同理，地外行星则有：
1/S= 1/ E - 1/P
周期相差愈大，会合周期愈短；反 之，则愈长。
行星同太阳相对位置的变化 地内行星：上合、下合和东西大距； 地外行星：合日、冲日和东西方照。 行星的逆行： • 地内行星在下合前后逆行； • 地外行星在冲日前后逆行。
平太阳日：真太阳日的全年平均值 （作为时间单位）；
太阳周年运动向东，赤经逐日递增，中 天时刻逐减推迟，连续两次中天的时间 间隔增长， 因而太阳日大于恒星日 ；
太阳每日赤经差因季节而异，视太阳长 度有季节变化。
太阳每日赤经差季节变化的主要原因是黄 赤交角
同样的黄经差造成不同的赤经差；第二 赤道坐标系与黄道坐标系有共同原点 （春分点），因基圈不同，黄经不同于 赤经；
恒显星区：恒显星在天球上的赤纬范围；
恒显圈：恒显星区的界线，即在北点与地 平圈相切的赤纬圈。
• 纬度越高，恒显（隐）星区愈大，出没星区 愈小：周日圈与地平的交角愈小；
• 纬度越低，恒显（隐）区愈小，出没区愈大： 周日圈与地平的交角愈大。
• 恒显（隐）圈的仰（俯）极距=
• 出没星区宽度=2(90－
恒显星、恒显区和恒显圈
恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永 不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上 的恒星；
恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平， 这部分周日圈全部位于地平以下的恒星；
出没星：介于上述两部分星区之间的恒星， 有东升西落，这部分周日圈与地平圈相交动
R/m为赤道半径
地球自转速度演示
地球自转的后果
一、 不同天体的周日运动
恒星周日运动的路线（周日圈），即各 自所在的赤纬圈，都以南北天极为不动 的中心
天和地的关系，犹如球面和球心的关系， 周日运动的方向应同地球自转方向相反
恒星周日运动的周期和速度，如实反映 了地球自转的周期和它的角速度
二、 不同纬度的周日运动
近点年：以近日点为参考点，每年东移 11 ，大于恒星年，365.259 6日
交点年：以黄白交点为参考点，每年西 移20 ，小于恒星年， 346.620 0日
四、 地球公转速度
角速度：平均每日59（因距离而变化） 线速度：平均每秒30km（因距离而变化） 面速度：不变（开普勒第二定律）
年视差和光行差比较
黄纬愈高，年视差椭圆的偏心率愈小；
恒星年视差沿轨道半径方向偏离其平均 位置；
恒星光行差则沿轨道切线方向偏离其真 位置。
多普勒效应
地球轨道速度对星光频率的影响。
6634′
图3-21 地球与地球共转轨道面的交角
地球公转的规律性 一、 地球轨道
轨道形状：椭圆
地轴进动的原因 地球形状； 黄赤交角； 地球自转。
图 3-5 左：陀螺的进动（向东） 右：地球的进动（向西）
图 3-6 力矩 M1>M2，合力矩使地轴趋近黄轴
地轴进动的表现 天极周期性运动； 北极星变迁； 赤道面（和天赤道）的系统的变化； 二分点沿黄道西移（交点退行） ；
远日点（地球七月初经过） ： 152 100 000km。
图3-22 地球的近日 点和远日点
二、 黄赤交角
图3-23 地球的轨道面
三、 地球公转周期
恒星年：以恒星为参考点，无明显自行， 365.256 4日
回归年：以春分点为参考点，每年西移 50 ，小于恒星年，365.242 2日
使回归年小于恒星年（我国古称“岁 差”）太阳巡天一周，有别于季节上的 一周岁，差值为20 ；
春分点西移：
• 赤道坐标系中：恒星赤经和赤纬都缓 慢而持续变化；
• 黄道坐标系中：春分点沿黄道西移， 恒星黄经持续变化，黄纬不变。
三、 地球自转的周期
恒星日：同一恒星连续两次在同地中天 的时间，地球自转的真正周期（有细微 差别），23小时56 分
真太阳日长度变化：二至最长，二分 最短；
冬至略长于夏至（最长的视太阳日在 冬至后） ；
秋分短于春分（最短的视太阳日在秋 分前）。
五、 地球自转速度
角速度：15/h
线速度：
V0＝2R/T=465m/s
V V0 cos
V0为赤道上的线速度
V为纬度上的线速度
T/s为地球自转周期
图3-9(B) 恒星日与太阴日比较
在一个恒星日内，地球 自转360°，在一个太阴日 内，月球公转31°38，地球 自转373°38，这13°38的 差值是月球公转造成的，使 太阴日比恒星日长约54分。
四、 真（视）太阳日与平太阳日
视太阳日长度的季节变化
太阳每日赤经差
真（视）太阳日：太阳日不同于恒星 日，在于太阳每日赤经差因季节而变 化；
恒星年视差
地球轨道位置对恒星视位置的影响；
当日地连线垂直星地连线时，视差位移 达最大值（每年二次），为该恒星年视 差大小；
恒星愈远，其年视差愈小（比邻星年视 差为0.76 ） ；
恒星年视差的角秒值，与恒星距离的秒
差距互为倒数：D
二、 光行差
光行差是地球轨道速度对于光速的影响。地 球向某一恒星接近，在相互关系上，也可以 看作该恒星向地球接近
轨道半长轴（a）：149 600 000km； 轨道半短轴（b）：149 580 000km； 半焦距（c）：2 500 000km； 周长（l）：940 000 000km； 偏心率（e）：0.016； 扁 率 （f）：7 000。
太阳在轨道中的位置：两焦点之一
近日点（地球一月初经过） ： 147 100 000km；