¿Cómo calcular el período de 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 única. Estas leyes se manifiestan en los siguientes aspectos: la órbita de la Tierra, el ángulo entre el plano orbital de la Tierra y la eclíptica, el período de revolución de la Tierra y la velocidad de revolución de la Tierra.

La órbita y dirección de la revolución terrestre

Durante la revolución terrestre, 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, el centro de revolución de la Tierra no es el centro del Sol, sino el centro de masa común de la Tierra y el Sol. No sólo la Tierra gira alrededor de este centro de masa común, sino que el Sol también gira 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 de unos 700.000 kilómetros, e incluso menor que la distancia Sol-Tierra de 65.438+50 millones de kilómetros. Por lo tanto, es muy cercano a la situación real considerar la revolución de la Tierra como el movimiento de la Tierra alrededor del Sol (centro).

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 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 desde ambos extremos del eje menor al foco (F1, F2).

Existe tal relación entre la longitud semifocal, el semieje mayor y el eje menor plano:

Es decir, c2=a2-b2

La longitud semifocal 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, y 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, cercano a 0, cuanto más plana sea la elipse, mayor será el valor de e. Se ha determinado que el semieje mayor A de. La órbita de la Tierra es de 149.600.000 km y el semieje menor B es de 149.580.000 km. A partir de estos datos, la excentricidad de la órbita de la Tierra se calcula de la siguiente manera:

Se puede observar que la órbita de la Tierra está muy cerca de un círculo.

Debido a que la órbita de la Tierra es elíptica, a medida que la Tierra gira alrededor del sol, la distancia entre el sol y la Tierra cambia constantemente. El punto de la órbita de la Tierra más cercano al Sol, es decir, el final de la órbita elíptica con el eje mayor más cercano al Sol, se llama perihelio. En los tiempos modernos, la fecha en la que la Tierra pasa por el perihelio es aproximadamente a principios de enero de cada año. En este momento, la distancia entre la Tierra y el Sol es de unos 147,1 millones de kilómetros, lo que se suele denominar la distancia más cercana. El punto más alejado de la órbita de la Tierra desde el Sol, es decir, el extremo del eje mayor de la órbita elíptica alejado del Sol, se llama afelio. En los tiempos modernos, la fecha del perihelio de la Tierra 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. El promedio de distancias cercanas y lejanas es de 149.600.000 kilómetros, que es la distancia promedio del Sol a la Tierra, o 1 unidad astronómica.

Según la fórmula para calcular la circunferencia de una elipse:

L=2πα(1-0.25×e2)

Según los cálculos, la longitud total de la órbita de la Tierra es de 940.000.000 de kilómetros.

La dirección de revolución de la Tierra es consistente con su dirección de rotación. Visto desde el Polo Norte amarillo, gira en sentido antihorario, es decir, de oeste a este. Esto es consistente con la dirección de rotación de los otros planetas y la mayoría de las lunas del sistema solar.

Aniversario del Movimiento Aparente

La revolución de la Tierra se descubre a partir del movimiento aparente anual del Sol. Para explicar el movimiento aparente del sol cada año, primero analizamos la relación entre los puntos en movimiento y los puntos fijos.

Supongamos que el punto en movimiento A se mueve en un círculo alrededor del punto fijo B, luego en el punto fijo B, la trayectoria del punto A es un círculo y la dirección del movimiento del punto A es en sentido contrario a las agujas del reloj. En este caso, las características de movimiento del punto fijo B son exactamente las mismas cuando se ve desde el punto de conducción A. La trayectoria del punto B también es circular y la dirección del movimiento también es en sentido antihorario. Pero el movimiento de A alrededor de B es un movimiento real, y 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 de B el sol y lo que ven los observadores en la tierra El movimiento aparente del sol es el mismo que se mencionó anteriormente. Aunque la situación real es que la Tierra gira alrededor del Sol, como observador en la Tierra, sólo puede sentir el movimiento del Sol en relación con el cielo estrellado.

El plano de trayectoria de este movimiento coincide con el plano orbital de la Tierra, y la dirección, velocidad y período son los mismos que los de la Tierra. El movimiento del sol en relación con el cielo estrellado es un tipo de movimiento aparente, llamado 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.

El ángulo entre el plano orbital de la Tierra y el ecuador

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 se producen 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 en otro plano. Los planos de estos dos círculos concéntricos forman un ángulo de 23° 26', que se llama ángulo de la eclíptica.

La existencia del ángulo de la eclíptica en realidad significa que a medida que la Tierra orbita alrededor del sol, su eje de rotación se inclina hacia el plano de la órbita de la Tierra. Dado que el eje de la Tierra es perpendicular al plano ecuatorial celeste, el ángulo de intersección entre el eje de la Tierra y el plano orbital de la Tierra debe ser 90°-23° 26', es decir, 66° 34'. No importa hacia dónde gire la Tierra, esta inclinación sigue siendo la misma.

Durante la revolución terrestre, la orientación espacial del eje terrestre no cambia significativamente durante mucho tiempo. Actualmente, el Polo Norte apunta a Alfa en la Osa Menor, es decir, cerca de Polaris, que es la ubicación del Polo Norte celeste. En otras palabras, durante la revolución, el eje de la Tierra se mueve paralelo, 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 intersección entre el amarillo y el rojo tampoco cambia.

La existencia del ángulo de la eclíptica también indica la desviación entre el polo de la eclíptica y el polo celeste, es decir, el Polo Norte Amarillo (o Polo Sur Amarillo) y el Polo Norte Celeste (o Polo Sur Celeste) desviarse 23° 26′ en la esfera celeste.

La mayoría de los globos que vemos tienen un eje de rotación inclinado, inclinado en un ángulo de 66° 34' con respecto a la superficie de la mesa (que representa el plano orbital de la Tierra), mientras que el plano ecuatorial del globo está en un ángulo de 23° 26' con respecto a la mesa. Este es un reflejo intuitivo de la intersección de Huang y Chi.

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 revolucionario dura un año. Debido a que el movimiento aparente anual del sol es el mismo que la revolución de la Tierra, la revolución de la Tierra se puede medir mediante el movimiento aparente anual del sol. Los observadores en la Tierra consideran el intervalo de tiempo entre los pasos sucesivos del Sol a través de un punto de la eclíptica como un "año". Debido a que los puntos de referencia seleccionados son diferentes, la duración del "año" también es diferente. Las unidades periódicas más utilizadas son el año sidéreo, el año tropical y el año del perihelio.

El año sidéreo en el que gira la Tierra es un año sidéreo. Esta unidad periódica se obtiene utilizando la estrella como punto de referencia. En un año sidéreo, partiendo del centro del sol, con una estrella como fondo, el centro de la tierra parte de un cierto punto, orbita alrededor del sol una vez y luego regresa al mismo punto en el cielo; centro de la tierra, el centro del sol se mueve desde un cierto punto de la eclíptica. Comienza en un punto, se fija con respecto a las estrellas, viaja una vez y luego regresa al mismo punto de la eclíptica. Por lo tanto, desde la perspectiva de la esfera celeste geocéntrica, la duración de un año sidéreo es el intervalo de tiempo entre el centro del sol que pasa por la misma estrella en la eclíptica dos veces seguidas.

El año sidéreo se obtiene utilizando una estrella como punto de referencia, por lo que es el tiempo que tarda la Tierra en girar 360 grados, y también es el periodo verdadero de la revolución terrestre. En días, su duración es de 365,2564 días, es decir, 365 días, 6 horas, 9 minutos y 10 segundos.

El período del equinoccio de primavera de la revolución terrestre es el Trópico de Cáncer. Esta unidad periódica se deriva del equinoccio de primavera como punto de referencia. En un año tropical, comenzando desde el centro del sol, el centro de la tierra ha alcanzado el equinoccio de primavera dos veces seguidas. Mirando desde el centro de la tierra, el centro del sol ha alcanzado 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 y depende de la eclíptica.

El equinoccio de primavera es la intersección de la eclíptica y el ecuador celeste. Su posición en la eclíptica no es fija, desplazándose 50″.29 hacia el oeste cada año. En otras palabras, el equinoccio de primavera es un punto en movimiento en el año, y su dirección de movimiento es de este a oeste, es decir, en el sentido de las agujas del reloj. está en La dirección en la eclíptica es de oeste a este, es decir, las dos direcciones son opuestas, por lo que dependiendo del centro del sol, el ángulo que toman dos equinoccios consecutivos no es 360°, sino 360°-50,29°. Esto es 359° 59 ' 9,71°, que es el ángulo de revolución de la Tierra en un año tropical.

Por lo tanto, el año tropical no es el verdadero período de la revolución de la Tierra, sino sólo el tiempo que tarda la Tierra en girar en un ángulo de 359° 59′9″, que es 365,2422 días, o 365 días, 5. horas, 48 ​​minutos y 46 segundos.

El período del perihelio de la revolución terrestre es el año del perihelio. Esta unidad de período se obtiene tomando como punto de referencia el perihelio de la órbita terrestre. año, el centro de la Tierra (o el centro aparente del Sol) pasa dos veces por el perihelio de la órbita de la Tierra. Debido a 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. El movimiento anual es de 11 ÷ años, por lo que el año del perihelio no es el verdadero período de la revolución de la Tierra). un año de perihelio es 3665438+.

Solo el año sidéreo es el verdadero período de la revolución terrestre. En los siguientes capítulos aprenderemos sobre el año tropical. Es el ciclo del frío terrestre. y el calor, 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 sidéreo, 20 minutos y 24 segundos más corto, en astronomía se le llama precesión. /p>

¿Por qué? características orbitales de la luna alrededor de la tierra, etc. Estrechamente relacionados.

La precesión del eje de la Tierra es similar a la oscilación del eje del giroscopio alrededor de la línea vertical. Cuando el giroscopio puntiagudo se inclina, el eje se dibuja. un cono alrededor del eje perpendicular al suelo, y el eje del giroscopio se sacude lentamente. Es porque la gravedad de la tierra tiende a hacerlo caer, y la inercia de la propia rotación del giroscopio le impide detenerse, por lo que se sacude lentamente bajo el. influencia de la gravedad.

Esta es la precesión de la tierra. Como un "giro" gigante, sigue girando debido a la inercia, la forma de la tierra misma es similar a un elipsoide y la parte ecuatorial. es convexo, es decir, hay un abultamiento ecuatorial. La línea que conecta el centro del sol y el centro de la tierra no suele pasar por el abultamiento ecuatorial, por lo que la atracción del sol hacia la tierra, especialmente la atracción hacia la Tierra. abultamiento ecuatorial, está desequilibrado Además, el plano orbital de la luna gira alrededor de la tierra. No coincide con el plano de la eclíptica y 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 y el centro de la Luna no suele pasar por el abultamiento ecuatorial, por lo que la atracción de la Luna hacia la Tierra, especialmente la atracción hacia el abultamiento ecuatorial, también está desequilibrada según la ley. de gravedad, f1 > F2

Esta atracción gravitacional desequilibrada del sol y la luna intenta hacer coincidir el plano ecuatorial con el plano orbital de la tierra, alcanzando sin embargo un estado de equilibrio. La rotación de la Tierra la mantiene inclinada. Por lo tanto, la oscilación de la Tierra se manifiesta como un movimiento cónico periódico con el eje amarillo como eje y el radio del cono es de 23° 26′, que es igual al ángulo de intersección amarillo-rojo. del eje de la Tierra se llama precesión del eje de la Tierra. La dirección de precesión del eje de la Tierra es de este a oeste, que es opuesta a la dirección de rotación 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 tiende a "caerse" y el eje de la Tierra tiende a "mantenerse erguido".

La precesión del eje terrestre es muy lenta, con una precesión de 50,29 por año y un período de precesión 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, lo que resulta en cambios correspondientes en el ecuador celeste, provocando la intersección del ecuador celeste y la eclíptica - la equinoccio de primavera y equinoccio: moverse correspondientemente 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 anual es de 50 ".29. Por tanto, la duración de un año con el equinoccio de primavera como punto de referencia es ligeramente más corto que el que tiene las estrellas como punto de referencia. Esta es la precesión.

Debido a la precesión del eje de la Tierra, la orientación espacial de los polos norte y sur de la Tierra cambia, provocando el polo celeste. moverse alrededor del polo amarillo en un ciclo de 25.800 años. Por lo tanto, las posiciones del polo norte celeste y del polo sur celeste en la esfera celeste también cambian. La Polaris se movía lentamente en el año 3000 a. Menor En el 7000 d.C. se trasladará a Alfa Cefeo y hacia el 14000 d.C. Vega se convertirá en Polaris.

Debido a la precesión del eje terrestre, el polo celeste y el equinoccio se mueven sobre la esfera celeste. Para el sistema de coordenadas ecuatoriales, la ascensión recta y la declinación de las estrellas cambiarán inevitablemente, 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 declinación. 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 66° 34'.

También cabe señalar aquí que los ángulos de movimiento del polo celeste y el equinoccio de primavera provocados por la precesión del eje de la Tierra son relativamente pequeños y no habrá movimientos importantes durante mucho tiempo. Por lo tanto, todavía podemos decir que las posiciones del polo celeste y el equinoccio de primavera en la esfera celeste no cambian, y que la ascensión recta, la declinación y la longitud de la eclíptica de las estrellas también pueden considerarse generalmente sin cambios. Los catálogos y mapas basados ​​en esto seguirán estando disponibles para su uso a largo plazo.

La velocidad de rotación de la Tierra

La revolución de la Tierra es un movimiento circular periódico, por lo que la velocidad de revolución de la Tierra incluye dos aspectos: velocidad angular y velocidad lineal. Si se utiliza el año sidéreo como período de revolución de la Tierra, entonces la velocidad angular promedio de la revolución de la Tierra es de 360 ​​grados por año, que es 365,2564 días. Después de la revolución de la Tierra es de 360 ​​grados, que es aproximadamente 0,986 grados por día, que es. aproximadamente 59' 8" por día. La órbita de la Tierra La longitud total es de 940.000.000 de kilómetros, por lo que la velocidad lineal media de la revolución terrestre es de 940 millones de kilómetros por año, es decir, después de 36,52564 días, la Tierra ha orbitado 940 millones de kilómetros, lo que es de 29,7 kilómetros por segundo, unos 30 kilómetros por segundo

Según la segunda ley del movimiento planetario de Kepler, la velocidad de revolución de la Tierra está relacionada con la distancia entre el Sol y la Tierra. 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 está en el perihelio, la velocidad de revolución es lenta y la velocidad angular y lineal son bajas en comparación con su promedio. valor. La velocidad angular es 57′11″/día y la velocidad lineal es 29,3 kilómetros/segundo. La Tierra pasa por el perihelio a 65438+ a principios de octubre y el afelio a principios de julio de cada año. Por lo tanto, desde 65438+ a principios de octubre hasta principios de julio. de ese año, la distancia entre la Tierra y el Sol aumenta gradualmente, la velocidad de revolución de la Tierra disminuye gradualmente. Desde principios de julio hasta principios de 65438 + octubre del año siguiente, la distancia entre la Tierra y el 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 están en la eclíptica. Si la velocidad de revolución de la Tierra es uniforme, entonces el tiempo que tarda el Sol. pasar del equinoccio de primavera al equinoccio de otoño debe ser el mismo que el tiempo que le toma al Sol pasar del equinoccio de otoño al equinoccio de primavera, que es la mitad de un año completo. La velocidad de revolución es desigual, por lo que el tiempo. para recorrer la misma distancia debe ser desigual. Dependiendo del sol, la velocidad de revolución de la Tierra es más lenta, lo que lleva más de 186 días, que es más de la mitad de todo el año. Es la mitad del verano del año en el hemisferio norte. y la mitad de invierno del año en el hemisferio sur, dependiendo de la rotación del sol desde el equinoccio de otoño hasta el equinoccio de primavera hasta el solsticio de invierno, se necesitan 179 días, que es menos de la mitad de todo el año. año en el hemisferio sur Se puede ver que el cambio en la velocidad de revolución de la Tierra es la razón fundamental de las diferentes duraciones de las cuatro estaciones en la Tierra.

Primero, comprenda algunos términos:

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1, un año luz: Se refiere a la distancia recorrida por la luz en un año. Tenga en cuenta que el año luz es una unidad de longitud.

2. una pequeña excentricidad a una velocidad de 29,79 kilómetros por segundo. El sol tarda 365 días y 6 horas en recorrer unos 940 millones de kilómetros, lo que equivale aproximadamente a un año (la distancia media entre el sol y la tierra es 65.438+0.500 millones). kilómetros)

Por supuesto, la pregunta del cartel original se puede entender como: ¿cuántas veces viaja la luz en un año? Respuesta: Porque 1 año luz es la distancia que recorre la luz en un año, y. una revolución de la Tierra es la longitud del arco que recorre la Tierra en un año, por lo que la relación de distancia es 300.000 kilómetros/La relación entre la velocidad de la luz en segundos y la velocidad de revolución de la Tierra de 29,79 kilómetros/segundo: n = 300.000/29,79 = 10.000 veces.

Respecto a la pregunta complementaria: ¿Cuál es la distancia entre la Tierra y el Sol? Circunferencia, la longitud del arco de una semana Ya sabemos que el radio de la órbita terrestre es 65,438+0,5. mil millones de kilómetros. Es fácil calcular la circunferencia según la fórmula S = 2×314×150 millones, que son unos 940 millones de kilómetros.