为什么地球的轴在一年中没有变化?


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我的理解是,在绕太阳的整个轨道上,地球的轴指向太空中的同一方向。这就是造成我们季节的原因。

我的问题是,轴为什么不遵循轨道路径(有点像汽车绕圆行驶)?

我想月亮在其中扮演了角色。

作为第二个问题,太阳系中的其他行星是否与地球轨道相同(其轴在整个轨道中指向太空的方向相同)?


7
您为什么期望它会改变?改变地球轴的方向将需要角动量的巨大变化。它确实在数千年间发生了变化,但是没有机制可以在一年内进行更改。
基思·汤普森

不是我期望它会改变。只是我不知道为什么它会以一种方式而不是另一种方式起作用。我是计算机程序员,而不是数学/物理学专家。:)
rmaddy

3
我认为答案可以归结为角动量守恒,但我会将其留给比我更了解物理学的人发布答案。
基思·汤普森

7
我的建议:将一个小的玩具陀螺仪或一个双轮自行车放在车轴上,使其快速旋转,然后尝试使其绕灯泡行走(或驾驶),以使轴指向您期望的方向。您很快就会发现,在绕灯泡运行时,必须施加巨大的力才能使轴改变方向。地球上没有相应的力,因此轴不会改变方向。更笼统地说,“为什么不会发生?”的答案。在物理学中通常是“因为什么都没有使它发生”。轴不会改变,因为没有力会改变它。
埃里克·利珀特

陀螺仪停止运转:制造商关闭商店:“ 2015年2月22日-位于名古屋的玩具制造商Tiger&Co.决定关闭其已有94年历史的业务,可能会在4月底关闭,从而终止生产。 ..” google.com/...
行路人陌生人

Answers:


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我的理解是,在绕太阳的整个轨道上,地球的轴指向太空中的同一方向。这就是造成我们季节的原因。

第二句话是正确的。轴向倾斜是季节的主要驱动力。

第一个陈述并不完全正确。地球轴的方向有微小但持续的变化。一年中的变化很小。在13,000年的过程中,变化很大。在13,000年内,与目前的方向相比,地球轴将倾斜约47度。再过13,000年,地球的定向将与现在的定向非常相似。稍后我将详细介绍。

我的问题是,轴为什么不遵循轨道路径(有点像汽车绕圆行驶)?

那不是一个好的心理模型。汽车和地面之间唯一的接触是汽车四个车轮的底部。这四个小接触区域上的力会改变汽车的方向并改变汽车的速度矢量。这意味着,当您转动方向盘时,您的汽车上的扭矩与使您的护理进行转弯的汽车上的向心力紧密相连。轻轻转动方向盘,汽车的沉重前端将紧随其后。假设转弯很平缓,您汽车的轻型尾部很快就会跟上。如果转弯太猛,您的汽车就会开始打滑而不是转弯。转弯时还要加倍,您可能会冒着翻车和翻滚的危险。汽车的运动取决于力与扭矩之间的紧密耦合。

引力不是那样的。取而代之的是,它始终无时无刻不在地作用于地球的每一个角落。由于距月球(或太阳)的距离变化,地球上的重力感应加速度会有微小变化,但这些变化很小。地球上的净重力与地球上的小净重力梯度转矩非常不相关。

月亮和太阳在地球上施加的重力梯度转矩的主要结果是地球旋转轴的进动非常缓慢但旋进量很大(有关更多信息,请参阅此维基百科有关轴向进动的文章)。这种进动使地球的自转轴以每25772年一圈的速度绕黄道的法线旋转。重力梯度转矩会产生较小的效应,统称为章动和极运动。这些较小的影响的大小要小得多,但周期要短得多。这些较小的影响中最大的一个是月球节点18.61年的周期性变化。即使是章动的最大组成部分也很小,比大而缓慢的旋进小两个数量级。


我的汽车类比仅是为了表示一个概念-汽车的前部始终指向行驶方向,而不是一直指向北。就这样。我的意思是无法与任何形式的力量进行比较。
rmaddy

@rmaddy:是的,但是您必须不断施加能量(通过保持方向盘转动-它会与您抗争)才能实现这一目标。地面上的汽车与太空中的行星完全不同。您想象的模型根本不是“默认”状态。
与莫妮卡(Monica)进行的轻量级比赛,2015年

@LightnessRacesinOrbit再次,那根本不是我在汽车类比中所暗示的。我只是试图描述方向,仅此而已。
rmaddy 2015年

这是科学上正确的答案,但对于不是来自物理学或天文学/天体物理学背景的人来说,并不能很好地解释它。您应该考虑使用更简单的语言,至少要针对基础知识(即所有关于岁差问题的讨论)。
MandisaW 2015年

8

将地球想象成一个悬浮在空中的小球,尽管它绕轴心旋转,但并未移动。除非对其施加力量,否则绝对不会发生任何事情。那就是节省能量(或动量;您可以用任何一种方法来使用它)。地球不会自发开始向一个方向移动,因为那样会违反平移能量守恒和线性动量守恒。如果做到这一点,能源将无处获得。

出于同样的原因,地球不会开始向一侧倾斜。这是在工作中保持旋转动能和保持角动量。精明吗?

所以,是的,Keith出席了。您需要某种扭矩来像这样旋转地球的轴。

那么,为什么地轴移动 26000年(它,顺便说一下,只是没有一个周期每年)?就像潮汐一样,以及地球的自转速度正在减慢,这主要是月亮和太阳的作用力,尽管其他行星确实对整体变化做出了一些贡献。

如果您愿意,我可以添加一些数学运算,但是请注意,我自己在学习它,因此不会像您希望的那样对它进行解释。

其他行星遵循与地球相同的定律,因此它们的轴在一年中应指向同一方向,而忽略轴向进动的影响。


我希望有一张照片,但我想我仍然不确定为什么太阳的引力(保持地球在轨道上)不会导致,例如,北极全年都大致指向太阳。正如您所描述的,我得到了一个旋转的球如何指向一个方向。但是地球在绕着太阳公转,太阳的引力是作用在地球上的力。
rmaddy 2015年

@rmaddy那是因为在重力方面,两极确实没有什么特别的。极点没有比地球上其他任何地方都重-实际上,它们的质量可能较小,因为从极点到地球中心绘制的线段比从赤道绘制的线短到地球中心。两极没有多余的质量,因此太阳没有多余的拉力。这有帮助吗?
HDE 226868

我知道杆子没有什么特别的。那可能是一个误导性的描述。似乎地球的倾斜度应相对于其轨道路径保持恒定,而不是相对于空间恒定。为什么地球的轨道和太阳的引力不使倾斜度与轨道路径保持恒定?
rmaddy

太阳的引力不会像吸引地球的任何其他部分那样吸引极点。为了使极点不断指向太阳,太阳必须比地球的任何其他部分吸引更多的极点,而事实并非如此。
HDE 226868

3
@rmaddy因为唯一能做的事导致它做的是重力和重力没有做到这一点。引力不会使地球像汽车一样绕太阳转一圈。它只是始终将地球“向侧面”拉向太阳。在太空中,物体所指向的方向与物体的移动方向无关。
hobbs 2015年

6

在18 . 6年的时间里,日月之间变化的角度确实会导致地球自转轴略微动摇

就地球而言,潮汐力的主要来源是太阳和月亮,它们彼此之间的位置不断变化,因此会在地球轴上产生章动。地球章动的最大组成部分的周期为18.6年,与月球轨道节点的岁差相同。1但是,还必须根据所需的结果准确性来计算其他重要的定期项。

章动的主要术语是由于月球的节线的回归,并且具有6798天(18.61年)的同期。它的经度达到正负17英寸,倾斜度达到9英寸。所有其他术语都小得多;第二大波幅为183天(0.5年),振幅分别为1.3英寸和0.6英寸。

效果不大(来自链接):

在此处输入图片说明


谢谢,但这确实与我的问题无关。
rmaddy

2
实际上,它与您的问题息息相关。
达伍德说,请

@DavidWallace号。它描述了为什么地球的倾斜度会随着时间的推移而稍微摆动。它没有试图解释为什么倾斜在一年中指向空间的一个大方向,而不是跟随地球的轨道。
rmaddy 2015年

1
好吧,您的问题就是“为什么地球的角动量没有变化”-因为某种原因,您希望它变化很大。这个答案是说:“嗯,实际上确实有一点不同”,并解释了原因。
达伍德说,请

@DavidWallace 1)我什么都没想到。我知道实际发生了什么。我很好奇为什么没有不同的事情发生。2)我知道轴会随着时间摆动。再说一次,完全不是我要问的。这就是为什么我不相信这个答案能解决我的问题。
rmaddy

4

地球就像一个巨大的陀螺仪。改变轴的方向需要很大的力。虽然肯定会施加力,但当地球掉落/绕太阳公转时,它们的力还不足以引起轴方向的明显变化。正如您所指出的,轴的方向是季节变化的原因。阳光直射的地区是夏天。阳光明媚的地区是冬天。

地球绕太阳旋转不是圆形而是椭圆形。在其运行期间,地球与太阳的距离发生变化。许多消息来源报道,虽然这是事实,但对季节影响不大。这些资料表明,地球轴的方向与太阳赤道上方或下方的地球轨道的“倾斜”共同决定了季节。


谢谢,但只有第一段的前半部分与我的问题有关。我没有问任何关于季节的问题。
rmaddy 2015年

4

让事情变得简单。下面是地球轨道的图片。 地球轨道

我想问的意思是为什么轴始终不指向太阳。比较地球与陀螺仪的答案最容易使用。轴上的旋转效果确实会产生一个力,该力有助于将地球轴保持在23.5°角(大约),地球轴略微摆动几米。尝试从上方看可能会更清楚。如果仔细观察,极点上会有一个红色的旋转圈。

从上方旋转

地球并不是在绕着太阳行驶,实际上是被拉向太阳,但是绕着它走得足够快,以抵消重力而不会靠近,就像卫星在太空中运行一样。这辆车更像是一艘太空飞船,因为它将有力/推力将它推向太阳。

至于第二个问题,其他行星做同样的事情,只是角度不同。

在此处输入图片说明


1
简化了,但是IMO这是OP的最合适答案。从这里获取基本的“正在发生的事情”,然后转到David Hammen对“为什么发生的事情”的回答。而且,这是唯一解决问题第二部分的问题。
MandisaW 2015年

3

因为太阳在地球上的引力(几乎)是均匀的,所以它不会倾斜地球,它只会将地球整体拉动,而不会影响地球绕其自身轴的旋转。

地球半径为〜6,400公里,距太阳的距离为〜150,000,000公里,并且引力以距离的平方减小,因此拉近两个小体积地球的距离(距离最近和最远)的比例在给定时刻的太阳是

150000+6.42150000-6.42=1.00017068

因此倾斜力是非常小的。

如果变化正好为0(即比率正好为1),则倾斜力将恰好为0,并且地球的旋转完全不会受到影响。为此,请从图片上移开太阳。

根据广义相对论,如果地球以统一的力运动,那么从地球的角度来看,好像根本就没有力。


-3

如果地球轴始终指向北极星,那么地球轴必须在186,000,000英里的轨道距离变化中全年不断变化。

如果12月的倾斜度是23.4度,那么3月的倾斜度会减小,而向太阳的倾斜度会增加; 6月的倾斜度将是地球上最小的; 10月的倾斜度会减小,并且向太阳倾斜度会增加。如果没有这种地球倾斜的变化,北极星每年的12月只能对齐一天。

您可以轻松地证明这一点。


2
您似乎不知道北极星有多远。
罗布·杰弗里斯
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