地球自转一圈不是24小时,一年不是绕太阳一圈,到底怎么回事?
小伙伴们都有这样一个常识,地球自转一圈是24小时,地球绕着太阳公转一圈是一年,如果有人现在告诉你并不是这样的,你肯定会认为这个人是个杠精。
但是真实的情况是,这个人说得对,我完全同意这个人的说法!地球绕着自转轴自转一圈还真的不是24小时,而是23小时56分4.09秒;
我们历法上的一年其实也不是地球绕了太阳转了360°,而是它只转了359.986°,不够一圈。为什么会这样呢?今天我们就了解下地球在太空中的真实运动。
我们知道地球的运动包含两个方面:绕轴自转和绕太阳公转。
地球的自转给我们带来的太阳、月球、恒星背景的东升西落,也就是说,这些肉眼可以看到的显而易见的现象都是由于地球自转造成的。
而地球的公转给我们带来的四季的变化,还有夜晚恒星背景的微妙变化。
四季变化这个非常简单,上图就是太阳光直射和斜射的区别。
地球在绕着太阳转的时候,地球的北半球和南半球会规律性地朝向太阳或者远离太阳,这样就会带来日照时长、以及强度的变化,因此就带来寒冷的冬季和炎热的夏季。
而恒星背景微妙的变化是地球在绕着太阳公转的时候,我们在夜晚会看到整个恒星背景每天会自东向西发生大约1°的偏移,因为地球在自西向东绕着太阳公转。
也就是说,今天晚上我们就会看到天空中的恒星组成的星座与前一天晚上相比,它们会在天空中发生大约1°的偏移。
因此地球绕着太阳转了一圈,我们也就可以在夜间看完一整圈恒星背景,这就是为什么夏季的时候我们就能看到特定的夏季星座,而冬季的时候我们就能看到特定的冬季星座。
如果不是很懂,可以看下图。
你看,恒星背景是固定的,地球在绕着太阳公转的时候,我们在夜间每天就会看到不同的恒星背景,现在明白了吧。
以上就是地球在太空中运动的时候,给我们带来的一些最直观的感受。
下面我们再详细说说地球的自转,为啥不是24小时呢?
为了好理解先上图片!
上图就是地球绕太阳公转并且自转时的样子,地球上的字母N表示我们是从北极往下俯视的视角。
我们从上图地球第一天的位置看起,地球上小白点对齐紫色的线条,红点指向太阳中心位置。
那么第二天,由于地球又绕着太阳行进了略小于1°的距离,为了使得地球上的红点能够与太阳中心对齐,因此地球就必须额外自转一个角度,转这个角度正好用时3分56秒。加起来正好24小时。
到了第三天也一样,为了使得红点与太阳中心继续对齐还必须额外转一个角度,也是24小时。
现在再来看地球上的白点,其实它从起始位置开始转,再次回到起始位置的话,用时为23小时56分4.09秒,这就是地球自转一圈的情况。
因此地球自转一圈并不是我们的一天24小时,我们每天给地球的自转加了3分56秒。
那么我们为什么非要规定一天是24小时呢?非要加3分56秒呢?
这就要说,地球上的那个红点与太阳中心线对齐的重要性了。例如今天正午12点,我们抬头一看,太阳正好处在了我们天穹的最顶端,也就是地球上的红点与太阳中心点对齐了。
为了使得明天的正午12点太阳继续能够处在天穹的最顶端,那么地球上的那个红点就必须再次与太阳中心点对齐;
不然的话,明天正午的12点,太阳会在天空中偏东边的位置,并没有达到天穹的顶端,再等个3分56秒,它才会达到昨天的位置,但时间已经变成了12点03分56秒。
如果一直存在这个误差的话,有可能时间已经是半夜两点了,太阳依旧高高挂在天上。
那我们要时间有何用。因此我们一天的24小时,其实是地球自转一圈的时间加上公转轨道上额外1°的自转时间。
作为一个爱好科学的,这一点还是要清楚的。
那么一年不是绕太阳一圈。这又是怎么回事呢?
我们对一年有两种定义,一种是恒星年,一种是回归年。恒星年很简单就是我们所认为的地球绕着太阳转了整整一圈,也就是360°,用时大约为365.25636天。
但是我们在地球上并不会使用恒星年来确定历法,因为恒星年对地球上的农业生产没有一点帮助。
因为我们知道农业生产需要知道准确的24节气,例如常说的春分、秋分、夏至和冬至,也就是上图中地球所处的四个位置。
这两个分点和至点如果按照恒星年来确定的话,那么每一年的时间都不一样,非常混乱。因此我们在地球上采用的是回归年,这才是我们的历法年。
回归年就是今年的春分到明年春分所经历的时间,这个时间大约为365.242193天。比恒星年要短,而地球绕太阳其实只转了359.986°。
那么为什么回归年会比恒星年短呢?这是因为地球的春分点在公转轨道上会发生飘逸。也就是位置不规定。
究其原因是因为地球自转轴的进动造成的。
我们知道地球的自转轴相对于黄道面有23.5度的夹角,文章开头也说了,正是这个夹角造成地球四季的变化,虽然这个夹角的变化幅度不大,但是地球自转轴它会转动。
周期为26000年,也就是这么长时间转一圈,地轴的转动就会造成每一年春分点在公转轨道上的位置发生改变,也就是所说的漂移。
也就是从第一年的春分点开始,到下一个春分点,地球绕着太阳转不了一圈,春分点会提前20分24秒到来。这就是所谓的岁差。
所以我们所说的一年要比地球绕太阳转一圈短20分钟,基本上每一年都是如此。春分点会一直顺时针漂移。
所以说,作为一个科学人,下次你再给被人说一天和一年的时候要这样说,而不是说地球自转一圈和地球公转一圈,这严格来说是错误的。
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