小伙伴们都有这样一个常识,地球自转一周需要24小时,地球绕太阳自转一周需要一年。如果现在有人告诉你不是这样,你肯定会觉得这个人是杠杠的。但事实是,这个人是对的,我完全同意这
小伙伴们都有这样一个常识,地球自转一周需要24小时,地球绕太阳自转一周需要一年。如果现在有人告诉你不是这样,你肯定会觉得这个人是杠杠的。
但事实是,这个人是对的,我完全同意这个人的观点!地球绕自转轴自转真的不是24小时,而是23小时56分4.09秒;
其实我们历法中的一年并不是地球绕太阳转了360°,而是只转了359.986°,不够一圈。为什么会这样?今天,我们将在Tai 空中了解地球的真实运动。
我们知道地球的运动包括两个方面:绕轴自转和绕太阳公转。
地球的自转给我们带来了太阳的升起,月亮的升起,星星的落下,也就是说,这些肉眼可见的明显现象,都是地球自转造成的。
地球的公转给我们带来了四季的变化,夜晚星空背景的微妙变化。
季节的变化很简单。上图是直射阳光和斜射阳光的区别。
当地球围绕太阳公转时,地球的北半球和南半球会有规律地朝向太阳或远离太阳,这会带来日照时长和强度的变化,从而带来冬冷夏热。
恒星背景的微妙变化是,当地球围绕太阳旋转时,我们可以看到,整个恒星背景在夜间每天从东向西移动1°左右,因为地球是从西向东围绕太阳旋转的。
也就是说,今晚我们会看到天空中由星星组成的星座空,与前一夜相比,它们在天空中的位置会偏移1°左右空。
所以地球绕着太阳转了一圈,晚上我们可以看到一整圈的恒星背景,这也是为什么夏天可以看到特定的夏季星座,冬天可以看到特定的冬季星座。
如果了解不多,可以看看下图。
看,星星背景是固定的。当地球围绕太阳旋转时,我们每天晚上都会看到不同的恒星背景。你现在明白了吗?
以上是地球以Tai 空运行时带给我们的一些最直观的感受。
下面详细说说地球的自转。为什么不是24小时?
为了理解,先放上图!
上图是地球绕太阳公转自转时的样子。地球上的字母N表示我们从北极往下看。
从上图中地球第一天的位置看,地球上的小白点与紫线对齐,红点指向太阳中心。
然后,第二天,因为地球绕太阳运行的距离略小于1,为了让地球上的红点与太阳中心对齐,地球不得不额外旋转一个角度,正好用了3分56秒。加起来正好是24小时。
第三天也是一样,为了让红点和太阳中心保持一条直线,必须多转一个角度,也是24小时。
现在让我们看看地球上的白点。实际上,它从出发位置转到再次回到出发位置需要23小时56分4.09秒。这是地球自转一周的情况。
所以地球自转一周不是我们的24小时一天。我们每天给地球自转增加3分56秒。
那么我们为什么要规定一天是24小时呢?一定要加3分56秒吗?
也就是说,地球上的红点对准太阳中心线很重要。比如今天中午12点,我们抬头看的时候,太阳正好在我们天空的上方,也就是地球上的红点对准了太阳的中心点。
为了让太阳在明天中午12点保持在天空的顶端,地球上的红点必须再次对准太阳的中心。
否则,明天中午12点,太阳在天空中的东方位置空,也到不了天空的顶端。它还需要3分56秒才能到达昨天的位置,但时间已经变成了12点03分56秒。
如果这个误差一直存在,有可能已经是半夜两点了,太阳还高高挂在天上。
时间有什么用?所以我们的24小时一天,其实就是地球自转一周的时间加上其轨道上额外自转1度的时间。
作为一个理科爱好者,这一点应该很清楚。
那么一年不是绕着太阳转。这是怎么回事?
我们对一年有两种定义,一种是恒星年,一种是回归年。恒星年很简单,就是我们认为地球绕太阳公转一整圈,也就是360,大约需要365.25636天。
但是我们不用恒星年来确定地球上的历法,因为恒星年对地球上的农业生产一点帮助都没有。
因为我们知道农业生产需要知道确切的二十四节气,比如春分、秋分、夏至、冬至,也就是上图中地球的四个位置。
如果按照恒星年来确定这两个二分点和至点,那么每年的时间都不一样,非常混乱。因此,我们采用地球上的一个回归年,也就是我们的日历年。
回归年是从今年春分到明年春分的时间,大约是365.242193天。比恒星年短,地球实际上只绕太阳旋转359.986。
那么为什么年回归线会比恒星年短呢?这是因为地球的春分点在其轨道上会很优雅。也就是说,没有指定位置。
原因是地球自转轴的岁差。
我们知道地球的自转轴相对于黄道平面的角度为23.5度。正如文章开头所说,正是这个角度造成了地球四季的变化。虽然这个角度变化不大,但是地球的自转轴会转动。
周期是26000年,也就是这么长时间里的一次公转,而地轴的自转会导致每年公转轨道上春分点的位置发生变化,这就是所谓的漂移。
也就是从第一年春分到下一个春分,地球不能绕着太阳转,春分会提前20分24秒到达。这叫做岁差。
所以我们说的一年比地球绕太阳一周短20分钟,基本上每年都是这样。春分总是会顺时针漂移。
所以,作为一个科学人,你下次跟别人说一天一年的时候说这句话,而不是说地球自转一周,地球公转一周,严格来说是错误的。