¿Cuál es el significado geográfico de la revolución de la Tierra?
Características de la Revolución de la Tierra
Así como la rotación de la Tierra tiene su propia regularidad única, la revolución de la Tierra también tiene su propia regularidad. Estas leyes se expresan en varios aspectos como la órbita terrestre, el plano orbital terrestre y el ángulo de la eclíptica, el período de revolución terrestre y la velocidad de revolución terrestre.
1. La órbita y dirección de la revolución de la Tierra
Durante la revolución de la Tierra, cada punto del recorrido por el que pasa está en el mismo plano y forma una curva cerrada. Esta curva cerrada que sigue la tierra durante su revolución se llama órbita terrestre. Si consideramos la Tierra como una partícula, entonces la órbita de la Tierra en realidad se refiere a la órbita del centro de la Tierra.
Estrictamente hablando, la posición media de la revolución terrestre no es el centro del sol, sino el centro de masa celeste de la tierra y el sol no sólo está girando alrededor del centro de masa celeste, sino que. también el sol está girando también alrededor de este punto. Sin embargo, el sol es el cuerpo celeste central del sistema solar y la tierra es simplemente un planeta ordinario del sistema solar. La masa del Sol es 330.000 veces la de la Tierra, y el centro de masa del Sol y la Tierra está a sólo 450 kilómetros del centro del Sol. Esta distancia es realmente insignificante comparada con el radio del sol, que es de unos 700.000 kilómetros, e incluso menor que la distancia entre el sol y la tierra, que es de 150 millones de kilómetros. Por lo tanto, considerar la revolución de la Tierra como el movimiento de la Tierra alrededor del Sol (centro) es muy cercano a la situación real.
La forma de la órbita de la Tierra es una elipse cercana a un círculo perfecto, con el sol en uno de los focos de la elipse. La elipse tiene elementos como un semieje mayor, un semieje menor y una longitud semifocal, los cuales están representados por a, b y c respectivamente, donde a es la distancia entre los dos extremos del eje menor. al foco (F1, F2).
Existe tal relación entre la mitad de la distancia focal, el semieje mayor y el eje menor:
Es decir, c2=a2-b2
La mitad distancia focal c y el semieje mayor La relación c/a del eje a es la excentricidad de la elipse, representada por e, es decir, e=c/a,
La excentricidad es una expresión cuantitativa de la forma de la elipse. El valor de e es mayor que 0 y menor que 1. Cuanto más cerca esté la elipse de un círculo, menor será el valor de e, es decir, cerca de 0, cuanto más plana sea la elipse, mayor será el valor de e; Después de la medición, el semieje mayor a de la órbita de la Tierra es de 149,6 millones de kilómetros y el semieje menor b es de 149,58 millones de kilómetros. A partir de estos datos, la excentricidad de la órbita de la Tierra se calcula como:
Se puede observar que la órbita de la Tierra está muy cerca de un círculo.
Dado que la órbita de la Tierra es elíptica, a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol, la distancia entre el Sol y la Tierra cambia constantemente. El punto más cercano al Sol en la órbita de la Tierra, es decir, el extremo del eje mayor de la órbita elíptica más cercano al Sol, se llama perihelio. En los tiempos modernos, la Tierra pasa por el perihelio a principios de enero de cada año. En este momento, la Tierra se encuentra a unos 147,1 millones de kilómetros de distancia del Sol, lo que suele denominarse distancia de perihelio. El punto más alejado del Sol en la órbita de la Tierra, es decir, el extremo del eje mayor de la órbita elíptica más alejado del Sol, se llama afelio. En los tiempos modernos, la fecha en que la Tierra pasa por el afelio es aproximadamente a principios de julio de cada año. En este momento, la Tierra se encuentra a unos 152,1 millones de kilómetros de distancia del Sol, lo que suele denominarse distancia de afelio. La distancia media entre el sol y la Tierra es de 149,6 millones de kilómetros, que es la distancia media entre el Sol y la Tierra, o 1 unidad astronómica.
Según la fórmula de cálculo de la circunferencia de la elipse:
L=2πα (1-0.25×e2)
Se calcula la longitud total de la órbita de la Tierra ser 940000000 kilómetros.
La dirección de revolución de la Tierra es coherente con su dirección de rotación. Vista desde el Polo Norte Amarillo, gira en sentido antihorario, es decir, de oeste a este. Esto es consistente con la dirección de revolución de otros planetas y la mayoría de los satélites del sistema solar (Figura 3-17).
2. El movimiento anual aparente del sol
La revolución de la Tierra se descubre a partir del movimiento anual aparente del sol. Para explicar el movimiento aparente anual del Sol, primero utilizamos la relación entre un punto en movimiento y un punto fijo para analizar.
Supongamos que el punto móvil A realiza un movimiento circular alrededor del punto fijo B, con la dirección que se muestra en la Figura 3-18.
Luego, desde el punto fijo B, la trayectoria del punto A es un círculo y la dirección del movimiento del punto A es en sentido antihorario. En este caso, las características de movimiento del punto fijo B cuando se ve desde el punto impulsado A son exactamente las mismas. La trayectoria del movimiento del punto B también es circular y la dirección del movimiento también es en sentido antihorario. Sin embargo, el movimiento de A alrededor de B es un movimiento real, mientras que el movimiento de B alrededor de A es un movimiento aparente, que es un reflejo intuitivo del movimiento de A alrededor de B.
Las características de la revolución de la Tierra alrededor del Sol y el movimiento aparente del Sol visto por los observadores en la Tierra son las mismas que las situaciones anteriores. Como se muestra en la Figura 3-19, aunque la situación real es que la Tierra gira alrededor del Sol, como observador en la Tierra, solo puede sentir el movimiento del Sol en relación con el cielo estrellado. El plano de la trayectoria de este movimiento coincide. con el plano de la órbita terrestre, y la dirección, velocidad y ciclos son los mismos que los de la Tierra. El movimiento del sol con respecto al cielo estrellado es un movimiento aparente, que se denomina movimiento aparente anual del sol. El movimiento aparente anual del sol es en realidad un reflejo de la revolución de la Tierra en la esfera celeste.
3. El plano orbital de la Tierra y el ángulo de la eclíptica
Como se mencionó anteriormente, cada punto de la órbita de la Tierra está en el mismo plano, y este plano es el plano orbital de la Tierra. El plano orbital de la Tierra aparece como el plano de la eclíptica en la esfera celeste, que está en el mismo plano que la trayectoria de movimiento aparente anual del sol.
La rotación y revolución de la Tierra ocurren simultáneamente. En la esfera celeste, la rotación está representada por el eje celeste y el ecuador celeste, y la revolución está representada por el eje amarillo y la eclíptica. El ecuador celeste está en un plano y la eclíptica está en otro plano. Los planos donde se encuentran estos dos grandes círculos concéntricos forman un ángulo de 23°26′. Este ángulo se llama ángulo de la eclíptica (Figura 3-20).
La existencia del ángulo amarillo-rojo en realidad significa que cuando la Tierra gira alrededor del Sol, el eje de rotación está inclinado hacia el plano orbital de la Tierra. Dado que el eje de la Tierra es perpendicular al plano ecuatorial celeste, el ángulo entre el eje de la Tierra y el plano orbital de la Tierra debe ser de 90° - 23°26' o 66°34'. No importa hacia dónde gire la Tierra, este ángulo de inclinación permanece sin cambios.
Durante la revolución terrestre, la dirección espacial del eje terrestre no cambia significativamente durante un largo período de tiempo. El Polo Norte actualmente apunta a la estrella Alfa de la constelación de la Osa Menor, es decir, cerca de la Estrella Polar. Esta es la ubicación del Polo Norte celeste. Es decir, el eje de la Tierra se mueve paralelo durante la revolución de la Tierra, por lo que no importa hacia dónde gire la Tierra, el ángulo entre el eje de la Tierra y el plano orbital de la Tierra permanece sin cambios y el ángulo de la eclíptica permanece sin cambios.
La existencia del ángulo amarillo-rojo también indica la desviación del Polo Amarillo y el Polo Celeste, es decir, el Polo Norte Amarillo (o Polo Sur Amarillo) y el Polo Norte Celeste (o Sur Celeste) Polo) se desvían 23°26′ en la esfera celeste.
La mayoría de los globos que vemos tienen un eje de rotación inclinado en un ángulo de 66°34′ con la superficie (que representa el plano orbital de la Tierra), mientras que el plano ecuatorial del globo está. en un ángulo de 23°26′ con el tablero ′, este es el reflejo intuitivo del ángulo de intersección del amarillo y el rojo.
4. Período de revolución y precesión de la Tierra
El tiempo que tarda la Tierra en girar alrededor del sol es el período de revolución de la Tierra. En términos generales, el período de revolución de la Tierra es de un "año". Debido a que el período del movimiento anual aparente del Sol es el mismo que el período de revolución de la Tierra, el período de revolución de la Tierra se puede medir utilizando el movimiento anual aparente del Sol. Los observadores en la Tierra observan que el intervalo de tiempo entre el paso continuo del Sol por un determinado punto de la eclíptica es de un "año". Debido a los diferentes puntos de referencia seleccionados, la duración del "año" también es diferente. Las unidades periódicas más utilizadas son el año sidéreo, el año tropical y el año periapsis.
El período sidéreo de la revolución terrestre es el año sidéreo. Esta unidad periódica se deriva de una estrella como punto de referencia. Durante un año sidéreo, visto desde el centro del sol, el centro de la Tierra comienza desde un cierto punto con las estrellas como fondo, orbita alrededor del sol una vez y luego regresa al mismo punto en el cielo; el centro de la tierra, el centro del sol comienza en un cierto punto de la eclíptica. Comienza en un punto fijo con respecto a las estrellas, viaja durante una semana y luego regresa al mismo punto de la eclíptica. Por tanto, desde la perspectiva de la esfera celeste geocéntrica, la duración de un año sidéreo es el intervalo de tiempo entre dos pasos consecutivos de la misma estrella en la eclíptica vista desde el centro del sol.
El año sidéreo se obtiene utilizando una estrella fija como punto de referencia. Por tanto, es el momento en que la Tierra gira 360° y es el verdadero período de la revolución terrestre. Expresada en unidades de días, su duración es de 365,2564 días, es decir, 365 días, 6 horas, 9 minutos y 10 segundos.
El ciclo de equinoccios de la revolución terrestre es el año tropical. Esta unidad periódica se deriva del equinoccio de primavera como punto de referencia. Durante un año tropical, visto desde el centro del sol, el centro de la tierra pasa el equinoccio de primavera dos veces seguidas; cuando se ve desde el centro de la tierra, el centro del sol pasa el equinoccio de primavera dos veces seguidas; . Desde la perspectiva de la esfera celeste geocéntrica, la duración de un año tropical es el intervalo de tiempo entre dos equinoccios de primavera consecutivos cuando el centro del sol está en la eclíptica.
El equinoccio de primavera es una intersección entre la eclíptica y el ecuador celeste. Su posición en la eclíptica no es fija y se mueve hacia el oeste 50".29 cada año. Es decir, el equinoccio de primavera es. en la unidad de tiempo "año", es un punto en movimiento, y la dirección del movimiento es de este a oeste, es decir, en el sentido de las agujas del reloj. La dirección del movimiento del sol a lo largo de la eclíptica es de oeste a este, es decir, en sentido antihorario. Estas dos direcciones son opuestas Por lo tanto, el ángulo recorrido por el centro del sol durante dos equinoccios consecutivos es menor de 360°, pero 360°-50”.29, que es 359°59′9”.71. un año tropical. El ángulo de la revolución terrestre durante este período. Por lo tanto, el año tropical no es el verdadero período de la revolución terrestre. Sólo representa el tiempo necesario para que la Tierra gire un ángulo de 359°59'9".71. Expresado en unidades de días, su duración es 365,2422 días. , es decir, 365 días, 5 horas y 48 minutos 46 segundos.
El período del perihelio de la revolución de la Tierra es el año del perihelio. Esta unidad periódica se deriva del punto del perihelio de la órbita de la Tierra como punto de referencia. Durante un año de perihelio, el centro de la Tierra (o el centro aparente del Sol) pasa por el perihelio de la órbita terrestre dos veces seguidas. Dado que el perihelio es un punto en movimiento, su dirección de movimiento en la eclíptica es de oeste a este, que es la misma que la dirección de la revolución de la Tierra (o la dirección del movimiento anual aparente del sol. La cantidad de movimiento es 11). " por año, por lo que el año del perihelio tampoco es el verdadero período de la revolución de la Tierra. El ángulo de la revolución de la Tierra en un año de periapsis es 360° 11″, que es 360°0′11″. Expresado en unidades de días, su duración es 365,2596 días, que son 365 días, 6 horas, 13 minutos y 53 segundos.
Sólo el año sidéreo es el verdadero período de la revolución terrestre. En los siguientes capítulos aprenderemos que el año tropical es el ciclo de cambios en el frío y el calor de la tierra, es decir, el ciclo de las cuatro estaciones, que está muy relacionado con la vida y la producción humana. El año tropical es ligeramente más corto que el año sideral, 20 minutos y 24 segundos más corto cada año, lo que en astronomía se llama precesión.
¿Por qué el equinoccio de primavera se mueve hacia el oeste 50〃.29 cada año, provocando precesión? Este es el resultado de la precesión del eje de la Tierra.
La precesión del eje terrestre está estrechamente relacionada con la rotación de la tierra, la forma de la tierra, la existencia del ángulo oblicuo y las características de la órbita de la luna alrededor de la tierra.
La precesión del eje de la Tierra es similar al balanceo del eje de rotación de una peonza alrededor de la plomada. Cuando el giroscopio que gira rápidamente se inclina, el eje de rotación dibuja un cono alrededor del eje perpendicular al suelo y el eje del giroscopio se sacude lentamente. Esto se debe a que la gravedad de la Tierra tiende a volcarla, y la inercia de la propia peonza evita que se caiga, por lo que se sacude lentamente bajo la acción de la gravedad. Esta es la precesión de la cima.
La rotación de la tierra es como un enorme "giro" que está girando constantemente. Por efecto de la inercia, la tierra siempre está girando. La forma de la Tierra misma es similar a un elipsoide y la parte ecuatorial es convexa, es decir, hay un abultamiento ecuatorial. Al mismo tiempo, debido a la existencia del ángulo de la eclíptica, la línea que conecta el centro del Sol y el centro de la Tierra no siempre pasa por el bulbo ecuatorial. Por lo tanto, la atracción del sol hacia la Tierra, especialmente la atracción hacia el bulbo ecuatorial, está desequilibrada. Además, el plano orbital de la Luna alrededor de la Tierra no coincide con el plano de la eclíptica ni con el plano ecuatorial celeste, sino que forma un ángulo de 5°9′ con el plano de la eclíptica, es decir, la línea que conecta el centro de la Tierra. La Tierra y el centro de la Luna no suelen pasar a través del abultamiento ecuatorial. Por lo tanto, la atracción de la Luna hacia la Tierra, especialmente la atracción hacia el bulbo ecuatorial, también está desequilibrada. Según la ley de gravitación universal, F1>F2.
Esta atracción desequilibrada del sol y la luna busca hacer coincidir el plano ecuatorial con el plano orbital terrestre y alcanzar un estado de equilibrio. Sin embargo, la inercia de la rotación de la Tierra la mantiene inclinada. Como resultado, la tierra oscila bajo la atracción desequilibrada de la luna y el sol. Esta oscilación se manifiesta como el eje de la tierra haciendo un movimiento cónico periódico con el eje amarillo como eje. que es igual al ángulo de intersección amarillo-rojo. Este movimiento del eje terrestre se llama precesión del eje terrestre. La dirección de precesión del eje de la Tierra es de este a oeste, que es opuesta a la dirección de rotación y revolución de la Tierra, mientras que la dirección de precesión del giroscopio es consistente con la dirección de rotación.
Esto se debe a que la parte superior tiene tendencia a "caerse" y el eje de la Tierra tiene tendencia a "mantenerse erguido".
El eje de la Tierra precede muy lentamente, 50".29 por año, y el periodo de precesión es de 25.800 años.
Debido a la precesión del eje de la Tierra, la dirección de inclinación del plano ecuatorial de la Tierra en el espacio ha cambiado, provocando los cambios correspondientes en el ecuador celeste, provocando las intersecciones del ecuador celeste y la eclíptica - la primaveral. y equinoccios de otoño: estar en la eclíptica. La dirección del movimiento es de este a oeste, es decir, opuesta a la dirección de la revolución terrestre, y el ángulo de movimiento por año es de 50".29. Por lo tanto, la duración del año, la unidad de período con el equinoccio de primavera como punto de referencia, es ligeramente más corta que la unidad de período con las estrellas fijas estacionarias como punto de referencia, lo que explica la precesión del equinoccio.
Debido a la precesión del eje terrestre, la orientación espacial de los polos norte y sur de la Tierra cambia, provocando que el polo celeste se mueva alrededor del polo de la eclíptica en un ciclo de 25.800 años. Por lo tanto, las posiciones del Polo Norte Celestial y del Polo Sur Celestial en la esfera celeste también están cambiando lentamente. Como se muestra en la Figura 3-24, Polaris fue una vez Alpha Draconis en el año 3000 a.C. La Polaris actual está cerca de Alpha Ursa Minor. Para el año 7000 d.C., se trasladó a Alpha Cephei. Para el año 14000 d.C., Vega se convertirá en Polaris.
Debido a la precesión del eje de la Tierra que hace que el polo celeste y el equinoccio de primavera se muevan en la esfera celeste, el sistema de coordenadas de la esfera celeste establecido en base a él también debe cambiar en consecuencia. Para el sistema de coordenadas ecuatoriales, la ascensión recta y la declinación de la estrella cambiarán, y para el sistema de coordenadas de la eclíptica, la longitud de la eclíptica de la estrella cambiará. Sin embargo, la precesión del eje de la Tierra no cambia el ángulo de la eclíptica. Es decir, cuando el eje de la Tierra precede, el ángulo entre el eje de la Tierra y el plano orbital de la Tierra es siempre de 66°34'.
También cabe señalar aquí que los ángulos de movimiento del polo celeste y el equinoccio de primavera causados por la precesión del eje de la Tierra son relativamente pequeños y no se moverán significativamente durante un largo período de tiempo. Por lo tanto, todavía podemos decir que las posiciones del polo celeste y el equinoccio de primavera en la esfera celeste permanecen sin cambios, y que la ascensión recta, la declinación y la longitud de la eclíptica de las estrellas también pueden considerarse sin cambios. En esto todavía se puede utilizar durante mucho tiempo.
5. Velocidad de revolución de la Tierra
La velocidad de revolución de la Tierra es un movimiento circular periódico. Por lo tanto, la velocidad de revolución de la Tierra incluye dos aspectos: velocidad angular y velocidad lineal. Si utilizamos el año sidéreo como período de revolución de la Tierra, entonces la velocidad angular promedio de la revolución de la Tierra es de 360° por año, es decir, la Tierra gira 360° después de 365,2564 días, lo que equivale aproximadamente a 0°,986 por día, o alrededor de 59′8″ por día. La longitud total de la órbita de la Tierra es de 940.000.000 de kilómetros. Por tanto, la velocidad lineal media de la revolución terrestre es de 940 millones de kilómetros por año, es decir, después de 36.525,64 días, la Tierra ha orbitado 940 millones de kilómetros, o 29,7 kilómetros por segundo. , o unos 30.000 kilómetros por segundo.
Según la segunda ley del movimiento planetario de Kepler, se puede saber que la velocidad de revolución de la Tierra está relacionada con la distancia entre el Sol y la Tierra. La velocidad angular y la velocidad lineal de la revolución de la Tierra no son valores fijos, sino que cambian con el cambio de la distancia entre el Sol y la Tierra. Cuando la Tierra pasa por el perihelio, gira a gran velocidad y su velocidad angular y velocidad lineal exceden sus valores promedio. La velocidad angular es 1°1′11″/día y la velocidad lineal es 30,3 kilómetros/segundo; La Tierra pasa por el afelio. La velocidad de revolución es lenta y la velocidad angular y la velocidad lineal son inferiores a sus valores promedio. La velocidad angular es 57′11 ″/día y la velocidad lineal es 29,3 kilómetros/segundo.
La tierra pasa por el perihelio a principios de enero de cada año y el afelio a principios de julio. Por lo tanto, desde principios de enero hasta principios de julio de ese año, la distancia entre la tierra y el sol aumenta gradualmente, y la terrestre. la velocidad de revolución disminuye gradualmente desde principios de julio hasta principios de enero del próximo año, la distancia de la Tierra al Sol se reduce gradualmente y la velocidad de revolución de la Tierra se acelera gradualmente.
Sabemos que el equinoccio de primavera y el equinoccio de otoño son partes iguales de la eclíptica. Si la velocidad de revolución de la Tierra es uniforme, el tiempo que tarda el sol en viajar desde el equinoccio de primavera al equinoccio de otoño debería ser. ser el mismo que el tiempo que tarda el sol en viajar desde el equinoccio de otoño. El tiempo necesario para viajar hasta el equinoccio de primavera es igual en duración, cada mitad del año. Sin embargo, la velocidad de revolución de la Tierra no es uniforme, por lo que el tiempo para recorrer la misma distancia debe ser desigual. A medida que el sol viaja desde el equinoccio de primavera a través del solsticio de verano hasta el equinoccio de otoño, la velocidad de revolución de la Tierra es lenta y tarda más de 186 días, que es más de la mitad de todo el año. Esta es la mitad del año en verano. hemisferio norte y la mitad invernal del hemisferio sur; a medida que el sol viaja desde el equinoccio de otoño a través del solsticio de invierno hasta el equinoccio de primavera, la Tierra gira más rápido y tarda 179 días, que es menos de la mitad de todo el año. la mitad del año en invierno en el hemisferio norte y la mitad de verano en el hemisferio sur. Se puede ver que los cambios en la velocidad de revolución de la Tierra son la razón fundamental de la duración desigual de las cuatro estaciones en la Tierra.