宇宙中的所有天体都会遵循一些基本规律,包括我们赖以生存的地球。无论是地球自转还是绕太阳公转,都有一个固定方位的轨道。而且,地球椭圆轨道上还有两个特殊点,分别是远日点和近日点。此时正值寒冷的冬天,很多人都有这样的疑惑:难道近日点没用吗?不然,为什么太阳和地球的距离越来越近了,冬天却还是那么寒冷呢?
地球和太阳的位置关系是什么?
众所周知,太阳是太阳系的核心天体,包括行星、小行星、彗星等天体,都以不同的距离围绕太阳公转。水星的椭圆轨道从离太阳最近的水星到最远的奥尔特云大约有4700万公里,而奥尔特云中的天体位于大约15万亿公里之外。
那么,地球离太阳有多远呢?我们可以将奥尔特云与地球进行比较。地球绕日轨道比奥尔特云近10万倍,平均轨道约149597870公里。大家熟悉的光年长度单位,其实就是太阳到地球的平均距离。
当地球围绕太阳公转时,它沿着一条看不见的轨道运行,并经过路线上的每一点。而地球在这个有规律的运动中在同一平面上形成一条闭合曲线,即地球的一个椭圆轨道接近正圆,而太阳就在这个椭圆的一个焦点上。
相信大家都知道椭圆的关键要素。我们可以用a代表椭圆的半长轴,b代表半短轴,c代表半焦距。并且,a也是短轴两端到焦点的距离。那么,我们可以发现半长轴和半短轴的关系为:c2=a2-b2;椭圆的偏心率是半长轴与半焦距的比值,即:e(偏心率)=c/a。
根据这个公式,我们可以算出地球公转轨道的偏心率约为0.016722,这就是为什么大家都说地球公转轨道近似正圆,但它的椭圆轨道有近日点和远日点。事实上,地球绕太阳公转的位置并不是太阳的中心,而是两者的共同质心。很多人可能不明白,太阳和地球其实都是围绕着这个特殊的点旋转的。
只是因为地球的质量只有太阳的1/330,000,而这个公共质心到太阳中心的距离只有450公里。太阳的半径高达70万公里,地球与太阳的距离约为1.5亿公里。因此,即使将地球公转视为地球绕太阳中心公转,也不符合实际情况。错误太多了。
为什么地球到了近日点还是很冷?
因为地球绕太阳公转的轨道不是正圆地球公转近日点,它会在特定的时间运行到离太阳最近或最远的点,也就是所谓的近日点和远日点。1月初,当地球与太阳的距离约为1.46亿公里时,地球与太阳在近日点的实际距离将略短于1AU;而时间来到7月初,太阳与地球之间的距离约为1.52亿公里。此时地球在远日点与太阳的距离会比1AU长一点。
和太阳系的所有行星一样,地球也有自己的椭圆公转轨道。首先,我们可以简单直接地比较这个特定点的距离值。即近日点1.46亿公里,远日点1.52亿公里,两者的距离相差仅0.6亿公里。这样的距离差异不会使地球接收到的太阳热量发生太大变化。
其次,地球公转轨道的偏心率比较小,只有那些偏心率较大的行星绕太阳公转,才有可能在行星运行到近日点时,对行星的温度产生影响。为什么夏至北半球会很热?不仅地球赤道面与轨道面的夹角为23.5度,导致太阳直射北回归线,而且地球北半球也向太阳倾斜。而且,此时地球在近日点的运动速度更快。
地球的温度不会因为地球经过近日点而变暖,也不会因为地球经过远日点而变冷。地球上色彩鲜艳的四季,并不是由日地距离造成的,而是地轴的倾斜造成的。当地球在近日点时,地球南半球为夏季,北半球为冬季;当地球在远日点时,南半球是冬天,北半球是夏天。
Phelion影响地球两个半球冬天的长短
上面说了,虽然我们的地球在冬天其实离太阳越来越近了,但是对天气没有任何影响。但是,由于每年1月地球都会移动到近日点位置,因此北半球的冬季天数会比南半球多5天。
道理其实很简单。为什么我们的地球一年四季都在变化?原因是地球绕太阳的自转轴倾斜,倾斜的行星轴使远离恒星的另一半球接收到的阳光较少。两个半球每六个月左右交换一次位置。
因此,不同的半球有明显的季节差异。当指向太阳的半球处于夏季时,稍微远离太阳的另一半球正在经历寒冷的冬季。我们从这个角度来看,其实说明近日点不是没有用,而是因为你所在的半球是冬天。
当太阳在天空中的最低位置,也就是一年中白昼最短的时候,代表着冬天的开始(北半球的冬至)。如果地球在其轨道上的速度是恒定的,那么地球在春分点和变化点之间应该花费相同的时间,但事实并非如此。
根据开普勒运动定律,一个轨道运行的物体在相同的时间内扫过相同大小的区域,也就是说地球公转近日点,随着行星与恒星之间的距离越来越近,它的速度越快移动速度会变快,远离时调整移动速度变慢。
简而言之,地球在一月份比七月份运行得更快。正是这种变化模式导致北半球12月(至日)和3月(春分)之间的时间实际上比南半球6月(至日)和9月(春分)之间的时间短。两半球在此期间相差5天左右。
小结:
1。由于地球的轨道是椭圆形的,轨道偏心率很小,所以在这个轨道上有两个特殊的位置,即近日点和远日点;
2。当地球与太阳的距离越来越近,甚至到了近日点,冬天的人们也不会因此而感觉到明显的温度升高。因为此时太阳直射北回归线,地球的运动速度比平时要快,近日点和远日点的差距已经很小了。
3.近日点虽然不影响地球的温度,但是由于地球在1月比7月运动得更快,所以北半球的冬天会比南半球长5天左右。
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