歲差又稱進動,是指某一天體的自轉軸推向在其他天體的引力的作用下,相對于空間中的慣性坐標系所發生的緩慢且連續的變化。
公元前129年,古希臘天文學家、西方古代天文學創始人喜帕恰斯就是通過比較他觀測到的星表和前人的星表中,發現了歲差。在4世紀時,中國晉朝天文學家虞喜也發現了歲差的存在。歲差包括:赤道歲差、行星歲差、黃道歲差和總歲差。
由于歲差影響,太陽視運動每年回到春分點所需的時間要比繞黃道一周所需的時間短,回歸年是太陽連續兩次通過春分點的時間間隔,一個回歸年等于365.2422平太陽日,即365d5h48m46′′,恒星年是太陽連續兩次通過同一恒星的時間間隔,一個恒星年等于365.2564平太陽日,即365d6h9m13′′。因此回歸年比恒星年約短20m27′′。
分類
赤道歲差
太陽、月亮對地球的引力作用,使地球自轉軸在空間繞北黃極順行旋轉,平均北天極也以同樣方向繞北黃極旋轉。這種現象叫作赤道歲差。
行星歲差
除日月對地球的引力外,還有其他行星對地球的引力,盡管這種引力很小,不足以改變地軸在空間的方向,但它能使地球繞日公轉不嚴格遵守開普勒定律,而使黃道面移動。這種由于行星引力的攝動作用而使黃道面產生的變化叫作行星歲差。在行星歲差的影響下,黃赤交角緩慢地變小,每百年變小約47′′,這一數值與赤道歲差引起的地軸每年轉動50.37′′相比是很小的。
黃道歲差
由于行星的萬有引力而導致地月系質心繞日公轉平面(黃道面)發生變化,從而導致春分點在天球赤道上每年向東運動約0.1′′的現象稱為黃道歲差。黃道歲差使得春分點以12.5"/世紀的速率在固定的黃道面上西退,伴隨著黃赤交角以46.8"/世紀的速率減小。
總歲差
赤道歲差是由太陽和月亮的引力對地球隆起部分的攝動引起的,它使得春分點在固定黃道面上向西移動,速率達50.39"/年。總歲差由日月歲差和行星歲差共同形成。其中日月歲差自東向西,速度為每年50′′.42,而行星歲差自西向東,速度為每年0′′.13,二者合起來叫總歲差。
發現起源
西方
公元前273年,古希臘天文學家提摩卡里斯測得室女座星的黃經值為172°,公元前129年,古希臘天文學家喜帕恰斯測得該星的黃經值是174°,由此他斷定,此星在144年內相對于春分點移動了2°,而且移動的方向是逆行的。這顆星在1950年測得的黃經值是203°08′,即在2222年內移動了31°,每年平均50.2”。喜帕恰斯稱黃經增加的這一現象為歲差,解釋為恒星天球圍繞對于恒星是固定的黃極有一種順向轉動。
東方
4世紀,中國晉朝天文學家虞喜在分析古星圖和星空時,也發現星星的位置略有偏移,進而發現了歲差,并定出冬至點每50年后退1°,《宋史·律歷志》記載:“虞喜云:‘堯時冬至日短星,今二千七百余年,乃東壁中,則知每歲漸差之所至。’”歲差這個名詞也由此而來。
現在所采用的解說是后來尼古拉·哥白尼提出的:地軸的方向在空間不固定,但它與黃道所成的交角不變,它運動的軌跡是一圓錐,因而北天極在恒星天球上所行經的路線是一個黃緯為(90°-ε)的小圓。春分點以每年50.26〃的速度在黃道上西移,約26000年移動一周,這也就是北天極繞黃極運行的周期。
形成原因
天赤道面與地軸垂直,地軸運動也帶動了天赤道以50.29′′的速度由東向西順時針行進,而位于黃、赤道交點的兩分點也會隨之進動,這就是歲差的成因。
影響與意義
影響
歲差本身不能改變半球接收的年單射輻寸量,只改變接收的時間。當某半球的夏季處于近日點時,這個半球就經歷了一個短熱的夏季和一個長而冷的遠日點冬季,即季短而暖的冬季,季節性不強。當然,這里的節性增強。而相反的半球有長而涼夏季熱與冷、暖與涼都是相對的。
歲差是唯一在世紀時間尺度上應該注意的軌道參數,一個世紀內季節可向前推進1.4天。近幾個世紀,它已經導致了北半球6冷春、長的夏季和冬季開始時間的延遲。歲差的周期氣候旋回幅度受偏心率控制,中低緯度氣候影響大,對極區影響小。
歲差對地球氣候有重要影響。目前地球處于近日點的時間是每年的1月;處于遠日點的時間則是每年的6月。這對地球的溫度有調節作用,不會引起在北半球冬天過冷和南半球夏日過熱的結果。但也許1萬年以后的地球與今天的地球就會迥然不同。那時地球可能會在6月份時到達近日點而在1月份時到達遠點屆時,南北半球四季的溫度變化將走向極端,越是冬天北半球越冷,而越是夏天南半球就越熱。
意義
普通意義上的一年是指地球兩次經過春分點的時間間隔,稱為回歸年,包括365.242的太陽日。太陽日是指地球自轉一周所需要的時間。人們普遍認為一個太陽日的長度是 86400 秒,即24小時。但當我們測量地球兩次經過近日點的時間間隔時卻有所不同,此時的一年為365.259個太陽日比歸年多出2513分鐘這意味著地球在兩個近日點之間運行的速度比在兩個春分點之間運行的速度要慢,結果是每隔57.3年要多出一天。這就是歲差。
關聯名詞
正是由于歲差影響,太陽視運動每年回到春分點所需的時間要比繞黃道一周所需的時間短,回歸年是太陽連續兩次通過春分點的時間間隔,一個回歸年等于365.2422平太陽日,即365d5h48m46′′,恒星年是太陽連續兩次通過同一恒星的時間間隔,一個恒星年等于365.2564平太陽日,即365d6h9m13′′。因此回歸年比恒星年約短20m27′′。
回歸年
回歸年,也叫太陽年。地球連續兩次通過赤道平面與黃道平面的同一交點(春分點或秋分點,即地球繞太陽公轉一周)的時間稱為一個回歸年。由于春分點與秋分點每年向西移動50′′。因此回歸年較恒星年短,其長度為365.24219日,或365日5時48分46秒,比恒星年短20分23.5秒。回歸年是地球上季節變化的周期。而季節變化的周期與人類所有活動的關系極為密切,所以歷法上太陽歷是以回歸年為依據的。
恒星年
“恒星年”即地球繞太陽一周實際所需的時間間隔,也就是從地球上觀測,以太陽和某一恒星在同一位置上為起點,當觀測到太陽再回到這個位置時所需的時間,多在天文學上使用。現在的實測是:一個恒星年等于365. 25636日或365日6時9分10秒。“恒星年”日數是大于“回歸年”的。
章動
由于月球、太陽和各大行星與地球間的相對位置存在周期性的變化,因此作用在地球赤道隆起部分的力矩也在發生變化,地月系質心繞日公轉的軌道面也存在周期性的攝動,因此,在歲差的基礎上還存在各種大小和周期各不相同的微小的周期性變化—章動。其中最主要的一項是幅度為9.2′′(交角章動),周期為18.6年的周期項。這是由于月球繞地球的公轉軌道面——白道平面與地球赤道平面之間的交角會以18.6年的周期在18°17'至28°35′之間來回變化而引起的。
極移
自轉軸與地面的交點稱為地極。由于地球表面的物質運動(如洋流、海潮等)以及地球內部的物質運動(如地慢的運動)會使極點(嚴格地說應該是天球歷書極)的位置產生變化,這種現象稱為極移。
極移與歲差的區別
雖然是自轉軸的運動,但它們的運動形式、運動周期和運動結果卻完全不同。它們的主要區別在于:極移是在不受外力作用下,自轉軸在地球內部作自由擺動,瞬時極繞著平均地極運動,運動軌跡是條彎曲的非閉合曲線,其主要周期為近14個月的錢德勒周期。它不改變天極和天赤道在恒星間的位置,對于天體的赤道坐標和黃道坐標沒有影響,只能使地理坐標產生微小的變化。歲差和章動是在外力作用下自轉軸在空間的受迫運動。天極圍繞著黃極作圓周運動,周期約為25800年。天極的運動使得天極、天赤道和春分點在恒星間的位置都不固定。結果,使回歸年的長度短于恒星年,天體的赤經、赤緯和黃經都受到影響,但卻不會改變地理經度和地理緯度的數值。
參考資料 >
玩陀螺嗎?地球那么大的哦.騰訊網.2024-01-19