マリー&ガリー 2.0

ep.12 白夜の夢の物語

时长:24m / 首播:2010-07-06

吐槽箱 1

#1 - 2020-8-1 04:04
(noblesse oblige)
白夜(びゃくや)极昼(midnight sun)
極夜(きょくや)极夜(polar night)
赤道傾斜角(せきどうけいしゃかく)转轴倾角(axial tilt)

转轴倾角是行星的自转轴相对于轨道平面的倾斜角度,也称为倾角(obliquity)或轴交角(axial inclination),在天文学,是 自转轴 与 穿过行星的中心点并垂直于(公转)轨道平面的直线 之间所夹的角度。
转轴倾角也可以等效的表示为行星的轨道平面和垂直于自转轴的平面所夹的角度。
在太阳系,地球的轨道平面就是黄道,所以地球的转轴倾角特别称为黄赤交角,并以希腊字母的ε(Epsilon)作为表示的符号。

使用右手定则了解转轴倾角:当右手手指卷曲起来,与行星的自转方向一样时,拇指指的方向就是该星球向着北方的转轴倾角。下文补充此定则与国际天文联合会定义的冲突情形。

地球的转轴倾角在22.1°至 24.5°之间变化,周期为41000年。地球的高纬度地区会经历极昼和极夜,由于轨道周期(公转周期)为1年,地理北极和地理南极将轮回经历各半年的极昼和极夜。

天王星的转轴倾角约为97.8°,即自转轴几乎和公转轨道平行,整个星球大部分的地区都会经历极昼和极夜,星球上没有季节之分。由于轨道周期为84年,天王星上的极昼和极夜将是约42年。根据右手定则,天王星的北极在轨道平面的下方(因为转轴倾角大于90°)
但基于国际天文联合会(IAU)的定义:行星或卫星的北极,是指向太阳系不变平面的上方(不是由自转的方向来决定),可简单理解为“上北下南”。此定义下的天王星的转轴倾角约为82.2°(与上文的数值呈互补)。

金星的转轴倾角约为177°(或IAU定义的3°),自转方向与地球几乎相反。


拓展延伸
岁差,又称地轴进动(axial precession),
是指某一天体的自转轴指向在其他天体的引力的作用下,相对于空间中的惯性坐标系所发生的缓慢且连续的变化。地球的岁差主要由太阳、月球及其他行星作用在地球赤道隆起部分的引力矩引起。在天文学和大地测量学中,岁差一般专指地球自转轴缓慢且均匀的变化,周期约25722年。其他周期较短或不规律的变化则被称为章动。

岁差的具体表现是地球赤道面和黄道面的变化,这两种变化又分别被称为赤道岁差(precession of the equator)和黄道岁差(precession of the ecliptic)。赤道岁差的影响主要表现为春分点以每年约51″的速率连续向西运动。这种影响能够通过回归年与恒星年之间的差异,以及北天极和北极星相对位置的变化被直接观察到。黄道岁差的影响则表现为春分点以每年约0.1″的速率向东移动,以及黄赤交角的缓慢变化。赤道岁差与黄道岁差又被统称为总岁差(general precession)。

岁差的运动方向(顺时针)与地球的自转方向(逆时针)相反。


岁差(P)、章动(N)与地球自转(R)的示意图,图中黑色实直线为地球自转轴,虚线为黄轴

章动(nutation)是在行星或陀螺仪的自转运动中,轴在进动中的一种轻微不规则运动,使自转轴在方向的改变中出现如“点头”般的摇晃现象。
行星的章动来自于潮汐力所引起的进动,并使得岁差的速度不是常数,而会随着时间改变。
在地球,潮汐力主要来自太阳和月球,两者持续的改变彼此间相对的位置,造成的地球自转轴的章动。地球章动最大分量的周期是18.6年,与月球轨道交点的进动周期相同。

极移,或称地极移动(polar motion),
是指因地球自转轴在地球体内位置的变化而形成的地极点在地球表面上的位置发生变化的现象。极点所处的瞬时位置被称为瞬时极,而某一时间段内极点的平均位置被称为平均极。极移会对以地球北极为基点的地心地固坐标系(Earth-Centered, Earth-Fixed,简称ECEF)造成影响,使其坐标轴指向发生变化。这种变化通常是缓慢且微小的,大致表现为瞬时极在一个直径约0.5角秒的圆上绕平均极以逆时针方向旋转。
与岁差和章动不同,极移是地球坐标系本身的变动,它会使地表各测站的天文坐标发生变化,但不会影响天体在天球坐标系中的坐标。极移和岁差、章动及日长变化一同构成了地球定向参数(Earth Orientation Parameters,简称EOP)。

恒星日(sidereal day)(恒星时也称作sidereal time)
是地球上某点对某个恒星连续两次经过其上中天的时间间隔。地球自转的恒星周期,是指在天文学上以恒星为标准量度地球自转的周期,因为恒星通常被假设是不动的,从这个意义来说,是地球真正的自转周期。
在天文学上,定义恒星日的不是具体的恒星,而是黄道对于天赤道的升交点,即白羊宫第一点,就是北半球的春分点。但是春分点在不断的西移(岁差),所以天文学上的恒星日与地球的自转周期还是有区别的。(前者比后者短约8.4毫秒)
因为地球自转不断变慢,所以恒星日将越来越长。
1恒星日=0.99726958天=23小时56分4.0916秒,短于人们日常使用的太阳日(24小时)。

轨道倾角(orbital inclination)
在太阳系,行星轨道的倾角被定义为行星的轨道平面和黄道——地球绕太阳轨道所位于的平面 的角距离。也就是说,通常所说地球的轨道倾角约是0°。这是以地球本身的公转轨道作为参考系的情况。
我们通常所见的太阳系模型中,所有行星的公转轨道都在同一平面,严格意义上这是不准确的。
太阳系的大多数天体几乎在同一个平面内围绕太阳转动,这可能是因为太阳系来自于一个原行星盘。这个原行星盘也被叫做太阳系的不动面。地球轨道与不动面的夹角比1度大一点,太阳系主要天体的轨道平面与不动面的夹角都在6度以内。因此,从地面上看,太阳系的大多数天体都非常靠近黄道。黄道面由太阳的运动来确定,太阳系不动面由整个太阳系的角动量来确定,本质上它体现了太阳系内所有轨道上的运动和旋转,这需要获得所有天体精确的运动数据。因此,一般选择黄道作为太阳系的参考平面,而不是太阳系不动面。
在冥王星被从行星开除之前,如果留意过那时的太阳系模型的话,会发现冥王星的轨道不会画在与其他行星同一个平面上,因为冥王星的轨道倾角大约有17°,相比其他行星而言算是不容忽视了。

另外一个容易被忽略的常识,太阳系行星的公转轨道是不明显的椭圆形,而不是标准的圆形。

在天文动力学,架构在标准假说下的任何轨道都必须是圆锥切面的形状。圆锥切面的离心率,轨道离心率(orbital eccentricity)是定义轨道形状的重要参数,而且定义了绝对的形状。离心率可以解释为形状从圆形偏离了多少的程度。

架构在标准假说下,离心率(e)是严格的定义了圆、椭圆、抛物线和双曲线,并且有如下的数值:

圆轨道:e=0
椭圆轨道:0<e<1
抛物线轨道:e=1
双曲线轨道:e>1
椭圆的离心率e是圆的角度投映。例如说,水星的离心率是0.2056(是太阳系行星中最大的),简单的计算正弦的反函数可以得到投映的角度是11.86度,然后以那个数值的倾斜角度观察任何的圆形物体(例如从上面观看的咖啡杯),投射到你的眼中所看见的椭圆就会有相同的离心率。
地球的离心率是0.0167
冥王星的离心率是0.2488,再结合上文的轨道倾角,所以冥王星的轨道通常被画成倾斜的椭圆,相比其他八大行星“格格不入”(bgm38)

太阳系流体静力平衡天体列表