地球的运动

地球的运动

公元1543年，波兰天文学家哥白尼在他的伟大著作《天体运行论》中，论证了不是太阳绕地球运动，而是地球绕太阳运动，这就是地球的公转，地球绕太阳转一圈的时间就是一年。

地球公转示意图

根据万有引力公式计算，地球与太阳之间的吸引力约为35万亿亿牛顿。地球绕太阳作圆周运动的速度达到30千米/秒，由此产生的惯性离心力与太阳对地球的引力平衡，使地球不会掉向太阳，而是一直绕太阳公转。

事实上，地球的轨道不是圆形，而是椭圆形的。每年1月初，地球经过轨道上离太阳最近的地点，天文学上称为近日点，这时地球距离太阳14710万千米；而在7月初，地球经过轨道上离太阳最远的地点，天文学上称为远日点，地球距离太阳15210万千米。根据这个道理，1月份我们看到的太阳，要比7月份稍大一些。但是，地球的轨道是一个非常接近于圆的椭圆，所以这种差别实际上极不明显，肉眼是没法看出来的，只有通过精密的测量才能发现。

更精确的观测告诉我们，地球的轨道与椭圆还有些稍小的差别，那是因为月球以及火星、金星等其他行星，都在用自己的吸引力影响地球的运动。然而，它们都比太阳小得多，对地球的引力作用很小，难以与太阳抗衡，所以，地球的轨道还是很接近于椭圆。

因此，严格地说，地球公转的轨道是一条复杂的曲线，这条曲线十分接近于一个偏心率很小的椭圆，天文学家已经完全掌握了地球这种复杂运动的规律。

地球自转示意图

地球同太阳系其他七大行星一样，在绕太阳公转的同时，绕着一根假想的自转轴在不停地转动，这就是地球的自转。昼夜交替现象就是由于地球自转而产生的。

几百年前，人们就提出了很多证明地球自转的方法，著名的“傅科摆”使我们真正看到了地球的自转。但是，地球为什么会绕轴自转？以及为什么会绕太阳公转呢？这是一个多年来一直令科学家十分感兴趣的问题。粗略看来，旋转是宇宙间诸天体一种基本的运动形式，但要真正回答这个问题，还必须首先搞清楚地球和太阳系是怎么形成的。地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。

我们知道，要测量一个直线运动的物体运动快慢，可以用速度来表示，那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢？一种办法就是用“角动量”。对于一个绕定点转动的物体而言，它的角动量等于质量乘以速度，再乘以该物体与定点的距离。物理学上有一条很重要的角动量守恒定律，它是说：一个转动物体，如果不受外力矩作用，它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。例如一个芭蕾舞演员，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候（质心与定点的距离变小），他的旋转速度就会加快，因为只有这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用。

形成太阳系的原始星云原来就带有角动量，在形成太阳和行星系统之后，它的角动量不会损失，但必然发生重新分布，各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒，各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外，它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转、地月系统的相互绕转和地球的自转中。这就是地球自转的由来，但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动，还需要科学家们做大量的研究工作。