地概第三章公转

地概第三章公转第1页，共74页，2023年，2月20日，星期一一、地球的公转及其发现

地球环绕太阳的绕转运动，称为地球的公转运动。严格地说：地球并不是绕日心旋转，太阳也不是居中不动的，而是地球和太阳都绕着它们共同的质量中心旋转（据计算，这个质量中心位于距日心450千米，在太阳内部）。太阳系中的绕转天体不只是地球，还有其他天体，它们都同太阳一起绕太阳系的共同质量中心旋转

——“公转”。生活在地球上的人类不仅觉察不到地球的自转运动，也觉察不到地球的公转运动，人类所感觉到的只是日、月、星辰在天球上的周日运动和周年运动，特别是太阳的周日运动和周年运动。第2页，共74页，2023年，2月20日，星期一

太阳的周年运动

太阳以年为周期，在天球星座之间位置的移动，称为太阳的周年运动。KK'S1S2S3M3M2M1E1E2E3黄道地球太阳第3页，共74页，2023年，2月20日，星期一第4页，共74页，2023年，2月20日，星期一第5页，共74页，2023年，2月20日，星期一黄道十二宫白羊金牛道路开，双子巨蟹跟着来，狮子室女光灿烂，天秤天蝎共徘徊，人马摩羯弯弓射，宝瓶双鱼把头抬，春夏秋冬分四季，十二宫里巧安排。双鱼白羊到金牛，双子巨蟹狮子头，室女天秤天蝎尾，人马摩羯宝瓶收。一羊二牛三双子，四蟹五狮室女连，七秤八蝎九人马，摩宝双鱼十二全。第6页，共74页，2023年，2月20日，星期一

历史上，太阳的周年运动和周日运动一样，曾经长期被认为是真实运动，由此产生了“地球中心体系”的宇宙学说。

“地球中心体系”

“地球中心体系”简称“

地心体系”，该体系的倡导者是古希腊学者——亚里斯多德，代表者是古希腊著名天文学家

——

托勒密。第7页，共74页，2023年，2月20日，星期一托勒密从实际观测出发，总结了希腊古代天文学的成就，发表了巨著《天文学大成》，系统提出了行星运动的理论，创立了“地球中心说”。

“地球中心说”的主要观点为：地球是宇宙的中心天体，月球、太阳和行星都是围绕它旋转，从地球算起，依次排列顺序是地球、月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星。第8页，共74页，2023年，2月20日，星期一第9页，共74页，2023年，2月20日，星期一第10页，共74页，2023年，2月20日，星期一第11页，共74页，2023年，2月20日，星期一第12页，共74页，2023年，2月20日，星期一

“日心地动说”又称为“日心说”，其代表者是波兰天文学家尼古拉•哥白尼，他于1543年出版了阐述日心说理论的巨著

《天体运行论》。“日心地动说”主要观点是:①太阳是宇宙的中心天体，地球只是一颗行星；②日、月、星辰的东升西落是地球自转的反映，地球除每天自转一周外，还同其他行星一起按各自的圆形轨道匀速地围绕着太阳公转；第13页，共74页，2023年，2月20日，星期一

哥白尼的日心体系正确地揭示了太阳系的结构，是人类认识史上的一次伟大的革命。③地球的公转周期是一年；④月球是地球的卫星，它在以地球为中心的圆形轨道上，每月绕地球运转一周，同时又跟着地球绕太阳公转；⑤按离太阳由近及远，依次是水星、金星、地球和月球、火星、木星、土星。⑥恒星离地球比太阳远的多。第14页，共74页，2023年，2月20日，星期一第15页，共74页，2023年，2月20日，星期一二、地球公转运动的规律（一）地球公转的轨道和轨道面1、地球公转的轨道及其特征地球公转运动的路线称为公转轨道。

地球公转的轨道是一个闭合的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上（经计算，地球轨道的偏心率很小，仅为0.0167，故此，地球公转轨道近似圆形）。第16页，共74页，2023年，2月20日，星期一第17页，共74页，2023年，2月20日，星期一由于地球轨道的椭圆形状，因此日地距离就因地球本身在轨道上位置的变化而变化，有

近日点和远日点之分，其变化周期为一年。现阶段地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点。F1F2地球轨道地球近日点远日点太阳15210万km14710万km第18页，共74页，2023年，2月20日，星期一2、黄道和黄赤交角地球绕日公转的轨道面无限扩大与天球相交的大圆称为黄道。黄道是太阳周年视运动的路线。天北极天南极天赤道地球轨道黄北极黄南极黄道第19页，共74页，2023年，2月20日，星期一天北极天南极天赤道地球轨道黄北极黄南极升分(春分)北至(夏至)降分(秋分)南至(冬至)黄道第20页，共74页，2023年，2月20日，星期一黄道和天赤道的交角，叫做黄赤交角，其大小为

23o26'，用ε表示（ε=23o26'21".448）。在黄道上，春分点和秋分点之间的中点，在天球北半球的叫夏至点，也称北至点；在天球南半球的叫冬至点，也称南至点。黄道和天赤道相交于两点，即春分点和秋分点；春分点又称升交点，秋分点又称降交点。第21页，共74页，2023年，2月20日，星期一天北极天南极天赤道地球轨道黄北极黄南极升分(春分)北至(夏至)降分(秋分)南至(冬至)黄道第22页，共74页，2023年，2月20日，星期一第23页，共74页，2023年，2月20日，星期一第24页，共74页，2023年，2月20日，星期一天北极天南极天赤道地球轨道黄北极黄南极升分(春分)北至(夏至)降分(秋分)南至(冬至)第25页，共74页，2023年，2月20日，星期一

夏至点（北至点）和冬至点（南至点）是黄道上距天赤道最远的两点，它们对于天赤道的角距离是23o26'，称为黄赤大距。在天球上距黄道90o

的点叫黄道的极（黄北极和黄

南极），黄极和天极的角距离，也等于黄赤交角。春分点和秋分点合称为二分点；夏至点和冬至点合称为二至点。第26页，共74页，2023年，2月20日，星期一3、地轴的倾斜地球在绕日公转的过程中，其自转轴对公转轨道面是倾斜的，两者之间有一个交角，其大小为66o34'。（产生原因是黄赤交角的存在）。地球在公转过程中，地轴所指的方向在一定时期是不变的。故此，地球在公转的过程中，倾斜的地轴是平行地移动。第27页，共74页，2023年，2月20日，星期一（二）地球公转运动的方向和周期1、地球公转运动的方向

一般规定，从黄北极向下看地球的公转运动，其运动方向与地球自转方向相同，是

逆时针方向，即自西向东；

在太阳系中所有行星的公转方向都是逆时针方向，绝大多数卫星的公转方向也都是逆时针方向；一般称逆时针方向运动的天体为顺向运动，顺时针方向运动的天体为逆向运动。第28页，共74页，2023年，2月20日，星期一

2、地球公转的周期

地球环绕太阳绕转一周的时间就是公转的周期，笼统地说是一年，一般用太阳周年视运动的周期来反映。

在地球上选择不同的参考点，太阳周年视运动的周期——年的长度就不同。

恒星年：太阳在天球上连续两次通过同一恒星的时间间隔，其长度为365日6时9分10秒，即

365.2564日。

回归年：太阳在天球上连续两次通过春分点的时间间隔，其长度为365日5时48分46秒，即

365.2422日。第29页，共74页，2023年，2月20日，星期一

近点年：太阳在天球上连续两次通过近地点

的时间间隔，其长度是365日6时13

分56秒，即365.2596日。

食年：太阳在天球上连续两次通过升交点

（黄道和白道的交点之一）的时间间隔，其长度为346日14时52分53秒，即346.6200日。

恒星年和回归年是经常使用的年，其中恒星年是地球公转的真正周期，即地球环绕太阳绕转360o

所用的时间。

第30页，共74页，2023年，2月20日，星期一四种年的比较:

恒星年是以固定不动的恒星为参考点，因此是地球绕转太阳360o

所用的时间；

回归年是以春分点为参考点，而春分点每年沿黄道

西退50".29，使太阳连续两次通过春分点只视行了

359o59'9".71，这就造成了回归年比恒星年平均短

20分40秒（0.01416日）；r1r250".29第31页，共74页，2023年，2月20日，星期一

食年是以黄白交点为参考点，而黄白交点每年西退

19.4o

，因此食年比恒星年

短18.6364日。

近点年是以近日点为参考点，而近日点每年东移11"，因此，近点年比恒星年长

4分43秒；P211"P1N1N219.4º第32页，共74页，2023年，2月20日，星期一第33页，共74页，2023年，2月20日，星期一（三）地球公转运动的速度及其变化地球公转平均角速度=360o/恒星年=0.986o/日

=59'/日。地球公转平均线速度=94000万km/年=29.8km/s。地球公转的角速度和线速度，是随日地距离的变化而变化。据测算，地球在近日点时公转速度快，角速度为1°1′10″/日，线速度为30.3km/s；地球在远日点时公转速度慢，角速度为57′10"/日，线速度为29.3km/s。第34页，共74页，2023年，2月20日，星期一由于地球公转速度的快慢变化，就形成了自春分经夏至到秋分的半年（夏半年）的日数多于自秋分经冬至到春分的半年（冬半年）的日数。前者是186天多，后者是

179天。第35页，共74页，2023年，2月20日，星期一三、地球公转的后果或效应恒星的周年视差位移恒星的光行差位移恒星的多普勒效应太阳的周年视运动行星与太阳的会合运动行星与恒星的会合运动行星的视运动第36页，共74页，2023年，2月20日，星期一（一）太阳的周年运动

太阳的周年运动就是太阳以年为周期在

黄道星座之间位置的移动。

太阳在黄道上的位置，是用黄经表示的。我国二十四节气所表示的，正是这样的位置。

太阳的周年运动是地球公转的最明显的

后果，它从各个方面反映地球绕日公转的具体细节：第37页，共74页，2023年，2月20日，星期一第38页，共74页，2023年，2月20日，星期一第39页，共74页，2023年，2月20日，星期一第40页，共74页，2023年，2月20日，星期一②太阳在黄道上的位置，真实地反映了地球在其轨道上的位置。③太阳在黄道上的运动方向，真实地反映了地球公转的方向。④太阳周年运动的周期，真实地反映了地球公转的周期。⑤太阳周年运动的角速度，真实地反映了地球公转的角速度。太阳周年运动的轨迹——黄道，真实地反映了地球轨道面在天球中的位置。第41页，共74页，2023年，2月20日，星期一（二）行星的视运动

行星围绕着太阳运行，观察者从地球上看行星在天球上位置的移动，叫做行星的视运动。

行星、太阳都以各自的特定周期在天球星座之间运行着，但是由于它们运行的周期和角速度各不相同，因此在行星和太阳之间、行星和行星之间以及行星和恒星之间就存在相对运动，这样的相对运动，叫做

行星相对于太阳的视运动（会合运动）、

行星相对于行星的视运动（会合运动）以及行星相对于恒星的视运动。第42页，共74页，2023年，2月20日，星期一1、行星轨道速度的比较假定行星轨道都是圆形，并且都在同一平面上。Va—Vb=2πa/Ta

————2πb/Tb

=a—bTbTa—×PaPbabvavb如图：Pa和Pb代表两颗行星，a、b是它们的轨道半径，Va

、Vb

是它们的轨道速度，Ta、Tb

是它们的公转周期。则：第43页，共74页，2023年，2月20日，星期一行星轨道速度的大小是与它们轨道半径的平方根成反比。距太阳近的行星，轨道速度大，距太阳远的行星，轨道速度小。由开普勒第三定律代入上式，得：Va—Vb=即:a—bTbTa—×=b—a)(3/2a—b×Tb/Ta=b—a)(3/2=b—a)(1/2第44页，共74页，2023年，2月20日，星期一上合2、行星相对于太阳的视运动（1）地内行星同太阳的会合运动太阳上合下合东大距西大距地球轨道12东大距3下合4西大距5上合太阳第45页，共74页，2023年，2月20日，星期一行星的距角：地球和行星的连线与地球和太阳的连线之间的交角在天球上的投影，叫行星的距角。合日时，行星和太阳同升同落，一般看不见它。行星合日：在天球上，当行星的黄经和太阳的黄经相等时，其距角为零，称之为合日，简称为合。合有上合与下合之分，距地球

最远的合日是上合，距地球最近的合日是下合。第46页，共74页，2023年，2月20日，星期一

东大距：在天球上，当行星位于太阳以东，且偏于太阳以东角度最大时，称为东大距。东大距前后，行星在日落后出现在西方天空，故此称作“昏星”。

西大距：在天球上，当行星位于太阳以西，且偏于太阳以西角度最大时，称为西大距。西大距前后，行星在日出前出现在东方天空，故此称为“晨星”。上合—东大距—下合—西大距—上合……

会合运动规律：第47页，共74页，2023年，2月20日，星期一（2）地外行星同太阳的会合运动合西方照东方照冲太阳太阳合西方照东方照冲合12345第48页，共74页，2023年，2月20日，星期一

行星合日：当行星的黄经与太阳的黄经相等

时，其距角为零，称之为合日，简称“合”。合日时，行星和太阳

同升同落，一般看不到它。

西方照：当行星位于太阳以西，且行星的黄经和太阳的黄经相差90o时，称为西方照。西方照时，行星于

子夜从东方升起，下半夜可见。第49页，共74页，2023年，2月20日，星期一

行星冲日：当行星的黄经和太阳的黄经相差180o

时，称为冲日，简称“冲”。冲日时，行星于日落时从东方升起，日出时

在西方落下，整夜可见。

东方照：当行星位于太阳以东，且行星的黄经和太阳的黄经相差270o时，称为东方照。东方照时，行星于正午时从东方升起，子夜在西方落下，上半夜可见。合—西方照—冲—东方照—合……

会合运动的规律：第50页，共74页，2023年，2月20日，星期一行星轨道地球轨道（3）行星的会合运动周期行星连续两次合日或冲日的时间间隔，称为行星的会合周期。

如图，已知地球的公转周期为E，行星的公转周期为P。若某次冲日时地球在E1，行星在P1，经过一个会合周期S以后的冲日，地球在E2，行星在P2，此时行星绕日公转了θ,而地球则旋转了E1E2P1P2θ太阳360o+θ。第51页，共74页，2023年，2月20日，星期一两个天体的公转周期相差愈大，它们的会合周期就愈短。由此得：360o——P×S消去θ，便得地外行星会合运动方程式：1—S=1—E–1—P同理可得地内行星会合运动方程式：1—S=1—P

–1—Eθ=360o——E×S360o+=θ第52页，共74页，2023年，2月20日，星期一第53页，共74页，2023年，2月20日，星期一3、行星相对于恒星的视运动行星视运动路线在黄道附近，是一条比较复杂的曲线。第54页，共74页，2023年，2月20日，星期一行星有时向着赤经增加的方向运动，与太阳周年视运动方向一致，称为“顺行”；而有时又向着赤经减少的方向运动，称为“逆行”。顺行的时间长，逆行的时间短。由顺行转为逆行或由逆行转为顺行，行星在天球上似乎停滞不动，称为“留”。（既行星在视运动路线上的运动不是均匀的，在“留”的前后移动的较慢，似乎相对静止不动）。行星视运动的不同特点的出现都具有周期性，各行星的周期长短不等。第55页，共74页，2023年，2月20日，星期一行星视运动表现出来的“逆行”和“留”的现象，是地球和行星同时围绕太阳公转而表现出来的表面现象，其根本原因是地球不处于太阳系的中心上。哥白尼的日心体系，正确揭示了行星视运动的实质。第56页，共74页，2023年，2月20日，星期一第57页，共74页，2023年，2月20日，星期一第58页，共74页，2023年，2月20日，星期一地球轨道行星逆行现象图解地内行星的逆行发生在下合前后；地外行星的逆行发生在冲日前后。在一个会合周期里，大部分时间行星顺行，小部分时间逆行。S下合S冲E1P1E3P3E2P2P1P3P2E3E2E1P1'P2'P3'P1'P2'P3'第59页，共74页