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旋地右动"的记载.
周日运动的方式因天体而不同.一般地说,恒星的周日运动是地球自转的单纯的反映(不
考虑恒星自行).恒星周日运动的路线—周日圈都平行于天赤道,其旋转轴—天轴反映了地
轴在天空中的位置;恒星周日运动的方向,周期和速度,分别是地球自转的方向,周期和(角)
速度的真实反映.
太阳和月亮除了参与整个天球的周日运动外,还有它们自身的运动,因而都不是地球自
转的单纯的反映.二者的情形有所不同,太阳在天球上的运动是地球绕太阳公转造成的视动;
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月亮在天球上的运动是它本身绕转地球的反映.它们的方向都是向东,因此,它们的周日运
动的周期都比恒星周日运动的周期长.如前所述,太阳日比恒星日长约4分,太阴日比恒星
日长54分.相对于太阳的中天来说,恒星的中天时刻逐日提早约4分(星空形象便因季节
而递变);而月亮的中天时刻逐日推迟约50分.
周日运动不但因天体而不同,而且因观测地点的位置而不同,即因所在地的经度和纬度
而不同.在任何地点,它的仰极高度和天顶赤纬,总是等于当地的纬度.因此,各地所见的
星空范围以及周日圈的地平位置,皆因纬度而不同.
在北半球看起来,北天极(仰极)周围的恒星,永远不落入北方地平.这部分周日圈在 chinageog/com
地平以上的恒星,叫做恒显星(有时也叫"拱极星").它的范围是以天北极为中心的一个圆
形天空区域,叫做恒显星区域;其界线在北点同地平圈相切,叫做恒显圈.恒显圈的半径,
就是天北极的高度,其值等于所在地的地理纬度;反之,南天极(俯极)周围的恒星,永远
不升起在南方地平.这部分周日圈在地平以下的恒星,叫做恒隐星.恒隐星区的范围和恒隐
圈的大小,与恒显星同.介于上述二部分星区之间的恒星,有东升和西落.这部分周日圈与
地平圈相交的恒星,叫做出没星.出没星区的范围是以天赤道为中心线的环形带,其宽度为
当地余纬的二倍.天赤道以北的恒星,升起在地平以上的时间长于隐没在地平以下的时间;
天赤道以南的恒星反之.
在南半球看起来,同上述情况相反.
每个地点(除赤道和两极以外)的天空,都分这三部分星区;各个星区的范围大小,则
因纬度而不同.纬度愈高,仰极高度和天顶赤纬愈大,恒显星区和恒隐星区愈大,出没星区
愈小,周日圈与地平圈的交角愈小.纬度愈低,仰极高度和天顶赤纬愈小,则恒显星区和恒
隐星区愈小,出没星区愈大,周日圈与地平的交角愈大.在赤道和南北两极,这种变化达到
极端.
地球自转的另一种效应是使地面上物体的水平运动发生偏转:北半球向右偏,南半球向 中国*地理网
左偏.这里的右偏和左偏,是指观测者面向物体运动方向时的偏向而言.
这种现象的发生原因是运动着的物体都具有惯性,力图保持自己的速率和方向.地球上
的水平方向,都是以经线和纬线为准,经线的方向是南北向,纬线为东西方向.由于地球的
自转,作为南北和东西方向标准的经线和纬线,都随着地球自转而发生偏转.于是,真正保
持不变方向的物体的水平运动,如果用地球上的水平方向来表示,则是相对地发生了偏转.
地球自转的方向是自西向东,在北半球看起来是逆时针方向,即自右向左转动;在南半球看
起来是顺时针方向,即自左向右转动.因此,北半球的经线和纬线都在向左偏转,以致那里
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的水平运动方向相应地发生向右偏转;南半球的经线和纬线都在向右偏转,以致那里的水平
运动方向相对地发生向左偏转.水平运动方向的偏转,在北半球表现为流向低气压的气流偏
向矢经的右方(南半球偏向左方),并形成气旋.北半球的气旋呈逆时针方向旋转,南半球
的气旋则呈顺时针方向旋转.
在北半球,河流对右岸的冲刷要比左岸强烈,以致大河右岸陡峻.由于这个原因,北半
球的河流一般总是从右面绕过障碍,南北球的情形反之.
水平运动的偏转是一种视偏转,因而被看成一种视力作用的结果.它只改变物体运动的 www.chinageog.com
方向,而不影响物体运动的速率.法国学者科里奥利(1792~1843)最早研究和证明它的存
在,故称这种视力为科里奥利力(或简称科氏力).地理学和气象学把科氏力的水平分力,
形象地称之为地转偏向力,因为它是地球自转所产生的偏向力.
§4.2 地球的公转
§4.2.1 地球公转及其证明(the earth's revolution and its proofs)
地球公转就是地球对太阳的绕转.太阳系的其它行星都有这样的绕转,太阳是它们的共
同的中心天体,所以地球绕太阳的运动被称为公转.严格地说,地球公转所环绕的不是太阳
中心,而是太阳和地球的共同质量中心.由于质量的悬殊和太阳半径的距大,把地球公转当
成地球单纯地绕太阳运动,是十分接近事实的.
地球公转的方向是向东,在北极看是逆时针方向;而在南极看起来,公转的方向是顺时
针的.如同不能直接感觉到地球的自转一样,人们也无法感觉到地球的公转.在地球上看太
阳环绕地球运动,它以一年为周期,自西向东在恒星间"巡天"一周,被叫做太阳周年运动.
其运行路线就是黄道.
行星与地球一起绕太阳公转.从公转着的地球上看公转着的行星(它们的周期和速度各
不相等),行星在天球上运行的路线,显得格外地错综复杂.它们时见时伏,忽明忽暗;时 中国*地理网
进时退,行踪无定.行星的这种千奇百怪的运动,曾使古人迷惑不解.托勤密为把行星的复
杂运动纳入他的地心体系,结果把他的体系搞得混乱不堪!哥白尼正是以此为突破口,建立
它的日心体系.他敏锐地提出,行星的不规则运动和它们的亮度变化(因行星距离的改变),
证明地球并非它们运动的唯一中心.哥白尼认为,既然周日运动可以归之于地球,那么周年
运动未尝不可以归之于地球.当他把地球逐出宇宙中心,贬为行星之一,使之绕太阳运动时,
立刻使人眼花缭乱的复杂行星运动,得到十分自然而又简单的解释.
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太阳的周年运动和行星的迂回巡行,都是表面现象,地球公转才是事物的本质.这个发
现在天文学上掀起了一场翻天覆地的革命.一个运动着的地球,乃是整个近代天文学的基石.
地球公转有多方面的物理证据.如恒星周年视差,光行差,多普勒效应.
一,恒星周年视差是地球在轨道上的位置移动对于恒星在天球上的视位置的影响.在天
文史上,它曾经是对哥白尼日心(动地)体系争论的焦点.
哥白尼在其《天体运行论》中指出,"无论观测对象运动,还是观测者运动,或者两者
同时运动但不一致,都会使观测对象的位置发生变化…….如果假定是地球在运动,也会显 chinageog
得地外物体作方向相反的运动.".
地球绕太阳公转,在空间走过一个直径为3亿公里的圆形轨道.这种巨大的位移,势必
引起恒星相对于无限遥远的天球背景的视位置的改变.地球公转以一年为周期,并且被称为
周年视差位移.地球公转的轨道是封闭曲线,恒星在天球上的周年视差位移的路线也是封闭
曲线,其具体情况则因恒星的黄纬而不同.在南北黄极,恒星周年视差位移的路线与轨道形
状相同;在黄道上,则成为一段直线;在其它黄纬,恒星周年视差位移的路线都是椭圆,并
称为周年视差椭圆.愈近黄极,周年视差椭圆的扁率愈小;愈近黄道这种椭圆的扁率愈大.
为了说明恒星周年视差位移的大小,人们设想把在太阳上看到的恒星在天球上的位置,
当作它的平均位置.从地球上看到的恒星在天球上的实际位置,同这个平均位置比较起来,
总是存在一定的偏离.偏离的大小,则因地球的轨道位置而不同,当日地连线同星地连线相
垂直时(每年出现两次),同一恒星的视差位移达到极大值.所谓恒星周年视差位移的大小,
指的就是这个极大值,简称恒星周年视差(或年视差).
恒星周年视差既是天球上的一段弧(视差椭圆的半长轴),也是地球轨道半径对恒星所
张的角.这个角是太阳,地球和恒星构成的直角三角形的最小的一个内角.在这里,日星连 中国地理网
线是这个角的斜边,轨道半径是它的对边.后者对于前者的比值,就是恒星周年视差的正弦.
日地距离可看作是不变的,因此,恒星周年视差的大小决定于恒星的距离.恒星愈远,其周
年视差便愈小.所以,恒星周年视差的测定,也就成了测定恒星距离的一种基本手段.
如果恒星的周年视差为1",那么,该恒星的距离被叫做"秒差距".这是继天文单位和
光年之后,被天文学家们采用的又一个距离单位.1秒差距等于206,265天文单位或3.26光
年.这个单位的优点在于它把恒星的距离同它的周年视差直接联系起来.二者之间存在一个
数量关系,即恒星距离的秒差距与其周年视差的角秒值互为倒数.例如离地球最近的恒星—
比邻星(半人马座α),它的周年视差为0"76. 秒差距为1.33秒差距或1.33×206,265天文
单位,等于272000天文单位.
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二,地球公转的另一物理证据是光行差.它是地球轨道速度对于光速的影响.以"雨行
差"说明.假定有人在雨中举伞行走.假定无风,雨严格沿垂直方向落下,其速度为V,行
人以速度v向前行走,这样,原来朝头顶落下的雨滴现在被行人抛置"脑后",而本来应当
落到他面前的雨滴,此刻正打到他的身上.因此,在行人看起来,雨滴似乎改变了方向,从 chinageog/com
前方斜落下来.这时,他必须把手中的伞稍微向前倾斜,才不会使衣服被淋湿.显然,行人
跑得越快,越是应该把雨伞向前倾斜,并且很易决定这个倾角的值.设想把地球连同观测者
代替上例的行人,以30km/s的速度沿轨道运动,把瞄准恒星的望远镜比作举着的伞,星光
则代替雨滴,它的速度为300,000km/s.由于地球轨道运动的速度,使得观测者不得不把望
远镜的镜筒稍微向地球公转的方向倾斜一点,去接受改变了方向的星光.所不同的是,后者
的两个速度相差悬殊,所以星光偏离的角度很小.它的数值20"47,这个角度被叫做光行差
常数.它与恒星的距离远近无关.
同样,由于光行差,恒星的位置不是它的真正位置,而是视位置,用地球公转的方向表
示,总是偏向真位置的前方.地球公转的方向不断地改变,恒星视位置绕转其真位置也以一
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