以地球为中心的太阳运动轨迹是什么样的
以地球为中心的太阳运动轨迹是什么样的,地球是我们赖以生存的家园,但对于地球和宇宙其实我们的认识还具有一定的局限性,例如很多人都不清楚地球的运动轨迹是什么,也不知道太阳与其他行星的运动轨迹,下面一起来看一下以地球为中心的太阳运动轨迹是什么样的。
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地球在银河系中运动,但地球在任何时候都不会经过银河系中心。地球在银河系中的运动受到太阳引力的控制,而太阳在距离银河系中心大约2.6万光年的地方做环绕运动,绕行周期约为2.2亿年,所以包括地球在内的所有太阳系天体都不会从银心经过。
倘若太阳带着地球穿过银河系中心,这对于地球上的生命将会是毁灭性的灾难。在银心附近,分布着密度极高的恒星。虽然从中穿过的太阳与其他恒星发生碰撞的可能性不大,但那里有很多恒星可以爆发成超新星,这对于地球生命来说是致命的。
如果以银心作为静止坐标系,地球在银河系中的运动轨迹类似一种螺旋形。这是因为地球会环绕太阳运动,同时地球又被太阳带着在银河系中穿行。
另外,太阳绕银心的运动也不是完美的椭圆形,或者平滑的轨道,因为银河系中不同区域的物质分布有所差异,太阳在其中穿行时受到的引力作用会有所变化。根据目前的观测结果,太阳在银河系中的运动轨迹呈现为波浪形,太阳会在银河系盘面中间的上下方周期性的穿行,其周期大约为6400万年,每隔大约3200万年的时间穿过银盘一次,我们大约在300万年前刚刚穿过银盘。
由于太阳系在银盘中的周期性穿越,有科学家将此周期与地球上的生物大灭绝周期相联系在一起。事实上,在太阳系接近银盘的过程中,地球受到的宇宙射线撞击会越来越多。虽然有一些疑似的证据,但地球上的物种大灭绝是否与太阳系在银河系中的运动有关,目前还不能确定。
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作为太阳的行星,地球绕着太阳公转,平均运动速度为每秒30公里,绕行一圈的时间为1年。从太阳系的角度来看,地球环绕太阳运动的轨迹为一个近似的圆形。但要放眼银河系,地球的运动就不是这么简单了。
虽然天上星辰的相对位置看起来固定不变,但如果从长时间角度来看,星辰的位置也会发生变化。这不仅是因为天上的星辰本身在运动,而且太阳在宇宙中的位置也不是固定的,太阳同样在运动,并且还带上包括地球在内的整个太阳系天体。
地球的公转运动是以太阳为引力中心,而太阳的运动则是以银河系中心为引力中心。银河系中分布着数以千亿计的恒星,还有大量的星云,它们的共同质心位于银心,这就是整个银河系的引力中心。银河系的引力中心并不是某个天体,位于银心的超大质量黑洞也不是,这个中心是所有天体共同引力作用的结果。
在银心引力的作用下,太阳在距离银心2.6万光年的地方,以大约每秒230公里的速度绕着银心运动。绕行一圈的时间约为2.3亿年,这被称为1银河年。由于太阳会带着地球一同在星际空间中运动,从银河系的角度来看,地球的运行轨迹并非闭合的圆形,而是螺旋形的。
当地球绕太阳运动一圈时,它并没有回到原来的空间,而是与一年前的位置相距69.4亿公里,相当于日地距离的46.4倍,或者6.4光时。
地球的公转轨道是一条平滑的椭圆形,但太阳的公转轨道并不是这样。因为黄道面和银道面的夹角为60度,银盘是有厚度的,所以太阳在绕银心运动的过程中,并不是在银道面中运动,而是会上下穿过银道面,轨迹呈现为波浪形。因此,地球在银河系中的运行轨迹其实还要更加复杂。
同样地,银河系本身也是运动,它带着太阳系以及其他恒星系统在浩瀚的星系际空间中运动。银河系前进方向上的一个最近目标是位于254万光年外的仙女座星系,银河系正以每秒110公里的速度螺旋式靠近它,38亿年后将会撞上仙女座星系。在更大宇宙尺度上,银河系还有其他运动方式。
根据宇宙微波辐射谱图,狮子座方向上的温度比平均值高了0.0035 K,与之相对的宝瓶座方向上的温度则比平均值低了0.0035 K。这样的温度波动是由地球在星系际空间中高速运动造成的。在地球前进方向上,来自宇宙最深处的光子会发生蓝移,导致温度偏高,相反方向上则温度偏低。
因此,地球正朝着狮子座方向高速运动,速度约为每秒371公里。当然,这个运动是由银河系运动造成的'。扣除掉地球在银河系中的运动速度,可以算出银河系在星系际空间中的运动速度高达630公里/秒。这种运动被认为是由2亿光年外的巨引源引起的,那里存在异常强大的引力,把银河系快速吸引过去。
放眼整个宇宙,银河系还以更高的速度在运动。由于宇宙空间结构在快速膨胀,这不受相对论限制,使得银河系与其他星系之间的距离变得越来越远,距离越远的星系远离速度越快,快到可以超过光速。
根据哈勃常数估算,对于距离银河系超过140亿光年的遥远星系来说,由于空间膨胀,银河系远离它们的速度已经超过了光速。也就是说,地球其实以超光速在远离遥远的星系。
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行星的运动轨迹是怎样的?
地球在公转过程中,所经过的路线上的每一点,都在同一个平面上,而且构成一个封闭曲线。这种地球在公转过程中所走的封闭曲线,叫做地球轨道。如果我们把地球看成为一个质点的话,那么地球轨道实际上是指地心的公转轨道。
严格地说,地球公转的中位位置不是太阳中心,而是地球和太阳的公共质量中心,不仅地球在绕该公共质量中心在转动,而且太阳也在绕该点在转动。但是,太阳是太阳系的中心天体,地球只不过是太阳系中一颗普通的行星。
太阳的质量是地球质量的33万倍,日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。这个距离与约为70万千米的太阳半径相比,实在是微不足道的,与日地1.5亿千米的距离相比,就更小了。所以把地球公转看成是地球绕太阳(中心)的运动,与实际情况是十分接近的。
地球轨道的形状是一个接近正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。椭圆有半长轴、半短轴和半焦距等要素,分别用a、b、c表示,其中a又是短轴两端对于焦点(F1、F2)的距离。
半焦距与半长轴和平短轴之间存在着这样的关系:
即 c2=a2-b2
半焦距c与半长轴a的比值c/a,是椭圆的偏心率,用e表示,即e=c/a,
偏心率是椭圆形状的一种定量表示,e的数值大于0而小于1。椭圆越接近于圆形,则e的数值就越小,即接近于0;反之,椭圆越扁,e的数值就越大。经过测定,地球轨道的半长轴a为149600000千米,半短轴b为149580000千米。根据这个数据计算出地球轨道的偏心率为:
可见,地球轨道非常接近于圆形。
由于地球轨道是椭圆形的,随着地球的绕日公转,日地之间的距离就不断变化。地球轨道上距太阳最近的一点,即椭圆轨道的长轴距太阳较近的一端,称为近日点。在近代,地球过近日点的日期大约在每年一月初。
此时地球距太阳约为147100000千米,通常称为近日距。地球轨道上距太阳最远的一点,即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端,称为远日点。在近代,地球过远日点的日期大约在每年的7月初。
此时地球距太阳约为152100000千米,通常称为远日距。近日距和远日距二者的平均值为149600000千米,这就是日地平均距离,即1个天文单位。