變化周期
恒星年是地球繞日公轉(zhuǎn)360°的真正周期,1恒星年T=365.25636日。只有恒星年才能真實(shí)的計(jì)算出地球公轉(zhuǎn)的角速度和線速度,所以恒星年具有重要的天文學(xué)意義。
回歸年是地球寒暑變化周期,即四季變化的周期,它與人類的生活生產(chǎn)關(guān)系極為密切?;貧w年略短于恒星年,每年短20分24秒,在天文學(xué)上稱為歲差。
春分點(diǎn)每年西移50″.29而造成歲差現(xiàn)象是地軸進(jìn)動的結(jié)果。
地軸的進(jìn)動同地球的自轉(zhuǎn)、地球的形狀、黃赤交角的存在以及月球繞地球公轉(zhuǎn)軌道的特征,有著密切的聯(lián)系。地軸的進(jìn)動類似于陀螺的旋轉(zhuǎn)軸環(huán)繞鉛垂線的擺動。當(dāng)急轉(zhuǎn)的陀螺傾斜時(shí),旋轉(zhuǎn)軸就繞著與地面垂直的軸線,畫圓錐面,陀螺軸發(fā)生緩慢的晃動。這是因?yàn)?/span>地球引力有使它傾倒的趨勢,而陀螺本身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的慣性作用,又使它維持不倒,于是便在引力作用下發(fā)生緩慢的晃動。這就是陀螺的進(jìn)動。 地球的自轉(zhuǎn),就好像是一個(gè)不停地旋轉(zhuǎn)著的龐大無比的大“陀螺”,由于慣性作用,地球始終在不停地自轉(zhuǎn)著。地球自身的形狀類似于一個(gè)橢球體,赤道部分是凸出的,即有一個(gè)赤道隆起帶。同時(shí),由于黃赤交角的存在,太陽中心與地球中心的連線,不是經(jīng)常通過赤道隆起帶的。所以,太陽對地球的吸引力,尤其是對于赤道隆起帶的吸引力,是不平衡的。另外,月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道平面,與黃道面和天赤道面都不重合,與黃道面呈5°9′的夾角,也就是說,地球中心與月球中心的連線,也不是經(jīng)常通過赤道隆起帶。所以,月球?qū)Φ厍虻奈?,尤其是對赤道隆起帶的吸引力,也是不平衡的。?jù)萬有引力定律,F(xiàn)1>F2。 日月的這種不平衡吸引力,力圖使赤道面與地球軌道面相重合,達(dá)到平衡狀態(tài)。但是,地球自轉(zhuǎn)的慣性作用,使其維持這種傾斜狀態(tài)。于是,地球就在月球和太陽的不平衡的吸引力共同作用下產(chǎn)生了擺動,這種擺動表現(xiàn)為地軸以黃軸為軸做周期性的圓錐運(yùn)動,圓錐的半徑為23°26′,即等于黃赤交角。地軸的這種運(yùn)動,稱為地軸進(jìn)動。地軸進(jìn)動方向?yàn)樽詵|向西,即同地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方向相反,而陀螺的進(jìn)動方向與自轉(zhuǎn)方向是一致的。 這是因?yàn)橥勇萦小皟A倒”的趨勢,而地軸有“直立”的趨勢。
地軸進(jìn)動的速度非常緩慢,每年進(jìn)動50″.29,進(jìn)動的周期是25,800年。
由于地軸的進(jìn)動,造成地球赤道面在空間的傾斜方向發(fā)生了改變,引起天赤道相應(yīng)的變化,致使天赤道與黃道的交點(diǎn)——春分點(diǎn)和秋分點(diǎn),在黃道上相應(yīng)地移動。移動的方向是自東向西的,即與地球公轉(zhuǎn)方向相反,每年移動的角度為50″。29。因此,年的長度,以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)周期單位要比以恒定不動的恒星為參考點(diǎn)的周期單位略短,這就是產(chǎn)生歲差的原因。
由于地軸的進(jìn)動,造成地球的南北兩極的空間指向發(fā)生改變,使天極以25800年為周期繞黃極運(yùn)動。所以,天北極和天南極在天球上的位置也是在緩慢地移動著。北極星在公元前3000年曾是天龍座α星,北極星在小熊座α星附近,到了公元7000年,移到仙王座α星附近,到公元14,000年,織女星將成為北極星。 由于地軸進(jìn)動造成天極和春分點(diǎn)在天球上的移動,以其為依據(jù)而建立起來的天球坐標(biāo)系也必然相應(yīng)地變化。對赤道坐標(biāo)系來說,恒星的赤經(jīng)和赤緯要發(fā)生變化,對黃道坐標(biāo)系來說,恒星的黃經(jīng)要發(fā)生改變。但是,地軸的進(jìn)動不改變黃赤交角,即地軸在進(jìn)動時(shí),地軸與地球軌道面的夾角始終是66°34′。 在這里還要說明一下,由于地軸進(jìn)動而造成的天極、春分點(diǎn)的移動角度相對來講是很微小的,在較長的時(shí)間里不會有很大的移動。所以,我們?nèi)匀豢梢哉f天極和春分點(diǎn)在天球上的位置不變,恒星的赤經(jīng)、赤緯和黃經(jīng)也可以粗略地認(rèn)為是不變的,以此為依據(jù)而建立的星表、星圖仍是可以長期使用的。