【地理说】为什么北极星会发生变迁?

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【地理说】为什么北极星会发生变迁?

2024-01-11 19:59| 来源: 网络整理| 查看: 265

最近没什么灵感,不知道写什么,加之7月期末考试以及放假后一些事情需要处理,鸽了一个多月,还望各位多多包涵。

《我们无法一起学习》的文乃线今天完结!作为一个文乃党,个人觉得文乃线还不错,但是这和今天的主题有什么关系呢?主要是之前看到了167话中下面这个场景。

嗯,那么北极星会发生这样的变化?这就是今天要讲的地轴进动。

我们知道,地轴是指向北极星的,地轴是地球自转的轴线,它在地球上的位置不会发生变化,因此北极星的变化是由于地轴在天球上做某种运动,这种运动就是进动。

地轴进动是指地轴绕黄轴(可以理解为地球公转围绕的轴线,它垂直于地球轨道平面)的圆锥形运动,其产生原理可以类比陀螺的旋转。陀螺在旋转时有保持轴线方向不变的特性。如果把旋转的陀螺轻轻推一下,使陀螺自转轴倾斜,这时重力的力矩有使陀螺倒向地面的作用,但是陀螺正在旋转,它不会倒向地面,而是它的旋转轴会绕着铅垂线缓慢的摇晃,在空间中画出一个圆锥面,也就是产生了进动,当陀螺的旋转速度不断减慢,在重力的作用下使陀螺倒地。

陀螺与地球的进动

地轴进动的原理与此相似,它的发生与地球的形状、黄赤交角和地球自转有关。地球是一个扁球体,赤道部分由于自转产生的惯性离心力的作用,形成了环形隆起。由于黄赤交角(以及黄白交角)的存在,使月球和太阳经常在赤道平面以外对赤道隆起施加引力。如下图,月球对两部分隆起施加引力,以地心为中心,分别产生向月部分的M1和背月部分的M2。力矩M1的作用是把赤道面拉回黄道面,或者使地轴垂直于黄道面;力矩M2则使地轴倒向黄道面,但是由于距离不同,向月一侧的引力大于背月一侧,因此合力矩为正,最终会使地轴趋近与黄轴,或者说赤道面重合于黄道面。

黄赤交角对地轴进动的作用

由于地球自转,与前面所讲的陀螺类似,在合力矩的作用下,地球产生了进动。

地轴进动的性质包括以下几条:圆锥形运动的轴线垂直于黄道,半径为23°26′(即黄赤交角),方向向西,速度每年50.29″,周期为25800年。

地轴进动的表现之一就是开头提到的北极星的变迁。北极星是最靠近天北极(可以理解为地轴在天球上的交点)的亮星,它必然随着天北极的移动而变化。公元前3000年曾是右枢(天龙座α),目前是勾陈一(小熊座α),到一万年后,织女星(天琴座α)将成为北极星,这样的变化以25800年为一个周期。

北极星的变迁(注意这是一张仰视图)

另一个表现就是岁差。地轴进动产生了交点退行,即春分点西移(春分点可以理解为赤道和黄道的升交点),这种表现称为岁差。其原因如下图所示,K表示黄北极,虚线圆表示地轴进动的轨迹,黑色实线圆表示黄道,PA和PB分别表示天北极,红色圆和蓝色圆为天赤道,分别以PA和PB为圆心。由于地轴进动,天北极向西移动,从PA运动到PB,因此天赤道也发生了变化,天赤道与黄道的交点(春分点)也向西移动,从A运动到B(黑色箭头表示运动方向),这就是交点退行。

交点退行的原理

为什么称为“退行”?这是由于地球公转自西向东,春分点由于地轴进动向西运动,在地球公转看来,就像是在“后退”。因此,以春分点为参考度量的回归年(365.2425日)要比地球公转的真正周期恒星年(365.2596日)要短一些。

“退行”(红色箭头为春分点移动方向,蓝色箭头为地球公转方向)

地轴进动是一个复杂现象,这里只提及了月球和太阳的作用造成的日月岁差,其他行星对地球也有引力,也会造成岁差,称为行星岁差;只考虑了黄赤交角而忽略了黄白交角。因此,实际的地轴进动是更加复杂的。

参考资料:

金祖孟.地球概论(第三版).北京:高等教育出版社,1997.

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