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地球繞太陽運行軌迹會變嗎

生活 更新时间:2025-01-31 16:04:15

宇宙中的所有天體都會遵循一些基本規則,包括我們生活的地球。不管是地球的自轉、還是圍繞太陽的公轉活動,都有固定取向的運行軌道。并且,地球橢圓的公轉軌道上存在着兩個特殊的點,它們分别是遠日點和近日點。此時正值寒冷的冬季,于是便有不少人産生了這樣的疑惑:近日點是不是沒什麼作用?不然,為什麼太陽和地球的距離變得越來越近,而冬天依然如此寒冷?


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)1

地球和太陽之間的位置關系是怎樣的?

衆所周知,太陽是太陽系的核心天體,包括行星、小行星和彗星這樣的天體,都在不同的距離處圍繞着太陽運行。從與太陽距離最近的水星到最遠的奧爾特雲,水星的橢圓軌道大約4700萬公裡,而奧爾特雲中的物體則位于大約15萬億公裡處。

那麼,地球和太陽又相隔多遠?我們可以将奧爾特雲和地球進行對比,地球圍繞太陽運轉的軌道要比奧爾特雲近大約10萬倍左右,平均軌道大約為149597870公裡。而大家熟悉的長度單位天文單位(A.U.),其實就是太陽和地球之間的平均距離值。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)2

當地球圍繞太陽公轉的時候,會遵循一個看不到的軌道,并經過該路線上的每一點。而地球就是在這種規律的運轉活動中,形成了處于同一平面之上的封閉曲線,也就是地球接近正圓的一個橢圓形狀軌道,而太陽就處于這個橢圓的一個焦點上。

相信大家都知道橢圓具有哪些關鍵要素,我們可以用a來表示橢圓的半長軸,用b來表示半短軸,用c表示半焦距。并且,a同時又是短軸兩端對于焦點的距離。那麼,我們可以發現半焦距和半長軸、半短軸之間的關系會是:c2=a2-b2;而橢圓的偏心率則為半長軸和半焦距之間的比值,即: e(偏心率)=c/a。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)3

根據這個公式,我們可以計算出地球軌道的偏心率大約為0.016722,這便是為什麼大家都說地球軌道近似為一個正圓形,但其橢圓軌道又存在近日點和遠日點的原因。事實上,地球圍繞太陽進行公轉的位置并非太陽的中心,而是兩者之間的公共質量中心。或許很多人并不了解,太陽和地球其實都是圍繞這個特殊的點在進行運轉。

隻不過是因為地球的質量僅為太陽的三十三萬分之一,再加上這個公共質量中心和太陽中心之間的距離也隻有450千米。而太陽的半徑就高達70萬千米,地球和太陽之間的距離又有1.5億千米的樣子,所以,即便把地球的公轉活動當作是地球圍繞太陽中心運行,也并不會與實際情況存在太大的誤差。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)4

為什麼地球處于近日點的時候依然冷?

由于地球圍繞太陽公轉的軌道并不是一個正圓,所以會在特定的時間運行到與太陽最近、或最遠的點,也就是所謂的近日點和遠日點。一月初時,當地球和太陽之間的距離大約為1.46億公裡,此時位于近日點的地球和太陽的實際距離會比1A.U.略短一些;而當時間來到7月初的時候,太陽和地球之間的距離大約為1.52億公裡左右,此時位于遠日點的地球和太陽之間的距離又會比1A.U.長一點。

與太陽系中的所有行星都一樣,地球也有自己圍繞太陽運行所形成的橢圓軌道。首先,我們可以簡單直接地對這個特殊點的距離值進行對比。也就是近日點時的1.46億公裡和遠日點的1.52億公裡,兩者相減的距離差值僅為0.06億公裡,這樣的距離差異并不會讓地球接收到的太陽熱量有太大變化。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)5

其次,地球的軌道離心率較小,隻有那些具有較高偏心率的繞太陽公轉運行的行星,才可能會在行星移動到近日點的時候對星球的溫度帶來影響。為什麼夏至時的北半球會天氣炎熱?不僅是因為地球赤道面和軌道面存在23.5度的夾角,導緻了太陽直射北回歸線,地球的北半球也正朝着太陽傾斜。而且,此時地球在近日點時的運行速度也更快。

地球上的溫度并沒有因為地球經過近日點變得更加溫暖,也沒有因為地球經過遠日點而變得寒冷。地球上之所以有色彩鮮明的季節之分,不是因為太陽和地球之間的距離所造成的,而是因為地軸的傾斜。當地球處于近日點的時候,地球的南半球為夏季、北半球為冬季;當地球處于遠日點的時候,其南半球為冬季、北半球為夏季。


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近日點影響地球兩個半球的冬季長度

正如上面所說,雖然冬天的時候,我們的地球其實是越來越靠近太陽,然而卻并沒有給天氣帶來什麼影響。然而,由于地球會在每年的一月運行到近日點位置,所以,北半球的冬季會比南半球要多出5天。

道理其實很簡單,為什麼我們的地球會有一年四季的變化?原因就在于地球圍繞太陽旋轉的軸是傾斜的,傾斜的行星軸使得偏離恒星的另一個半球接收到的陽光較少。兩個半球的會在6個月左右的時間裡進行一次位置互換。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)7

所以,不同的半球存在着明顯的季節差異,指向太陽的半球處于夏季的時候,另一個稍微偏離太陽的半球便正在經曆寒冬。當我們從這個角度來看的時候,其實也說明了不是近日點沒用,隻是因為你所在的半球處于冬季而已

當太陽在天空中的位置最低,也就是一年中時間最短的一天,便是代表冬季開始的時候(北半球的冬至)。倘若地球在公轉軌道上的運行速度是恒定的,那麼,在春分點和至變點之間,地球就應該消耗同等的時間,然而,事實并非如此。


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根據開普勒運動定律可得,繞行物體會在相同的時間中掃除大小一樣的區域,也就是說,當行星和恒星之間的距離變得更近的時候,它的移動速度會變得更快,并在遠離的時候将移動速度調整為更慢一些。

簡而言之,地球的移動速度在1月的時候,會比它在7月的時候更快。正是這樣的移動規律,導緻了北半球12月(冬至)和3月(春分)之間的時間,實際上比南半球的6月(冬至)和9月(春分)之間的時間更短。而這兩個半球在該段時間的差異,則大約為5天左右。


地球繞太陽運行軌迹會變嗎(冬天地球繞太陽運行的距離變近)9

簡而言之:

1.由于地球的公轉軌道是橢圓形、且軌道偏心率小,所以,該運行軌道上存在近日點和遠日點這兩個特殊位置;

2.當地球和太陽之間的距離越來越近,甚至到達近日點的時候,處于冬季的人并不會因此而感覺到溫度有明顯的上升。因為,太陽此時直射北回歸線,地球的移動速度快于往常,且近日點和遠日點的差值本來就很小。

3.雖然,近日點并沒有對地球的溫度帶來影響,但是,由于地球的移動速度在1月的時候會比7月更快,這讓北半球的冬季會比南半球多出5天左右。

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