小夥伴們都有這樣一個常識,地球自轉一圈是24小時,地球繞着太陽公轉一圈是一年,如果有人現在告訴你并不是這樣的,你肯定會認為這個人是個杠精。
但是真實的情況是,這個人說得對,我完全同意這個人的說法!地球繞着自轉軸自轉一圈還真的不是24小時,而是23小時56分4.09秒;
我們曆法上的一年其實也不是地球繞了太陽轉了360°,而是它隻轉了359.986°,不夠一圈。為什麼會這樣呢?今天我們就了解下地球在太空中的真實運動。
我們知道地球的運動包含兩個方面:繞軸自轉和繞太陽公轉。
地球的自轉給我們帶來的太陽、月球、恒星背景的東升西落,也就是說,這些肉眼可以看到的顯而易見的現象都是由于地球自轉造成的。
而地球的公轉給我們帶來的四季的變化,還有夜晚恒星背景的微妙變化。
四季變化這個非常簡單,上圖就是太陽光直射和斜射的區别。
地球在繞着太陽轉的時候,地球的北半球和南半球會規律性地朝向太陽或者遠離太陽,這樣就會帶來日照時長、以及強度的變化,因此就帶來的寒冷的冬季和炎熱的夏季。
而恒星背景微妙的變化是地球在繞着太陽公轉的時候,我們在夜晚會看到整個恒星背景每天會自東向西發生大約1°的偏移,因為地球在自西向東繞着太陽公轉。
也就是說,今天晚上我們就會看到天空中的恒星組成的星座與前一天晚上相比,它們會在天空中發生大約1°的偏移。
因此地球繞着太陽轉了一圈,我們也就可以在夜間看完一整圈恒星背景,這就是為什麼夏季的時候我們就能看到特定的夏季星座,而冬季的時候我們就能看到特定的冬季星座。
如果不是很懂,可以看下圖。
你看,恒星背景是固定的,地球在繞着太陽公轉的時候,我們在夜間每天就會看到不同的恒星背景,現在明白了吧。
以上就是地球在太空中運動的時候,給我們帶來的一些最直觀的感受。
下面我們再詳細說說地球的自轉,為啥不是24小時呢?
為了好理解先上圖片!
上圖就是地球繞太陽公轉并且自轉時的樣子,地球上的字母N表示我們是從北極往下俯視的視角。
我們從上圖地球第一天的位置看起,地球上小白點對齊紫色的線條,紅點指向太陽中心位置。
那麼第二天,由于地球又繞着太陽行進了略小于1°的距離,為了使得地球上的紅點能夠與太陽中心對齊,因此地球就必須額外自轉一個角度,轉這個角度正好用時3分56秒。加起來正好24小時。
到了第三天也一樣,為了使得紅點與太陽中心繼續對齊還必須額外轉一個角度,也是24小時。
現在再來看地球上的白點,其實它從起始位置開始轉,再次回到起始位置的話,用時為23小時56分4.09秒,這就是地球自轉一圈的情況。
因此地球自轉一圈并不是我們的一天24小時,我們每天給地球的自轉加了3分56秒。
那麼我們為什麼非要規定一天是24小時呢?非要加3分56秒呢?
這就要說,地球上的那個紅點與太陽中心線對齊的重要性了。例如今天正午12點,我們擡頭一看,太陽正好處在了我們天穹的最頂端,也就是地球上的紅點與太陽中心點對齊了。
為了使得明天的正午12點太陽繼續能夠處在天穹的最頂端,那麼地球上的那個紅點就必須再次與太陽中心點對齊;
不然的話,明天正午的12點,太陽會在天空中偏東邊的位置,并沒有達到天穹的頂端,再等個3分56秒,它才會達到昨天的位置,但時間已經變成了12點03分56秒。
如果一直存在這個誤差的話,有可能時間已經是半夜兩點了,太陽依舊高高挂在天上。
那我們要時間有何用。因此我們一天的24小時,其實是地球自轉一圈的時間加上公轉軌道上額外1°的自轉時間。
作為一個愛好科學的,這一點還是要清楚的。
那麼一年不是繞太陽一圈。這又是怎麼回事呢?
我們對一年有兩種定義,一種是恒星年,一種是回歸年。恒星年很簡單就是我們所認為的地球繞着太陽轉了整整一圈,也就是360°,用時大約為365.25636天。
但是我們在地球上并不會使用恒星年來确定曆法,因為恒星年對地球上的農業生産沒有一點幫助。
因為我們知道農業生産需要知道準确的24節氣,例如常說的春分、秋分、夏至和冬至,也就是上圖中地球所處的四個位置。
這兩個分點和至點如果按照恒星年來确定的話,那麼每一年的時間都不一樣,非常混亂。因此我們在地球上采用的是回歸年,這才是我們的曆法年。
回歸年就是今年的春分到明年春分所經曆的時間,這個時間大約為365.242193天。比恒星年要短,而地球繞太陽其實隻轉了359.986°。
那麼為什麼回歸年會比恒星年短呢?這是因為地球的春分點在公轉軌道上會發生飄逸。也就是位置不規定。
究其原因是因為地球自轉軸的進動造成的。
我們知道地球的自轉軸相對于黃道面有23.5度的夾角,文章開頭也說了,正是這個夾角造成地球四季的變化,雖然這個夾角的變化幅度不大,但是地球自轉軸它會轉動。
周期為26000年,也就是這麼長時間轉一圈,地軸的轉動就會造成每一年春分點在公轉軌道上的位置發生改變,也就是所說的漂移。
也就是從第一年的春分點開始,到下一個春分點,地球繞着太陽轉不了一圈,春分點會提前20分24秒到來。這就是所謂的歲差。
所以我們所說的一年要比地球繞太陽轉一圈短20分鐘,基本上每一年都是如此。春分點會一直順時針漂移。
所以說,作為一個科學人,下次你再給被人說一天和一年的時候要這樣說,而不是說地球自轉一圈和地球公轉一圈,這嚴格來說是錯誤的。
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