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  • 1 # 科學聯盟

    題主你好。這種問題一般看看百度百科就好了。如果想了解的深入,力學書和天體力學書都有講解,翻翻就好了。

    小編在這裡科普一下剛體運動的章動。剛體指的是彈性係數趨於無窮大的彈性體,換言之,在外力作用下,剛體不會發生形變。另外,剛體只存在於牛頓力學,在相對論力學裡不存在剛體。外力導致剛體能做平動、振動以及轉動(包括公轉和自轉),這三種運動是很好理解的,小編不多介紹。剛體還有另外兩種運動:進動和章動。所謂進動指的是剛體在轉動的同時,轉動軸也在轉動。騎腳踏車轉彎的時候,車輪繞著車軸轉動,而車軸也在繞著某個豎直軸轉動,這就是進動。另外,地球的歲差就是因為地球的進動導致的。所謂的章動,指的是剛體的轉動軸在某一個平面內做擺動。小編仍記得在大一的時候上力學課,老師用一個轉動的輪胎來演示章動,當輪胎轉速不是很高的時候,輪胎出現了點頭的情形(鉛垂面內的擺動)。這就是章動。下面的動態圖反映的是陀螺的進動。

    地球自轉軸在地球本體內的移動造成了地極的移動,叫做極移。所謂地球本體指的是,以地球為參考系,設定好地球的南北極,比如畫一條線代表南北極,注意這是定死的。剛開始的時候,自轉軸與南北極方向重合,但是一段時間以後,自轉軸不在於南北極方向重合,這就叫極移。它和後面的歲差與章動有本質區別。下面的圖可以看得出來

    圖中反映了歲差和極移的區別。明顯歲差過程地球自轉軸沒有相對於地球本體發生異動,而極移則不是。

    1765年尤拉在假定地球是剛性球體的前提下,最先預言極移的存在。

    1888年,德國的屈斯特納從緯度變化的觀測中發現了極移。

    透過一百多年來的研究,發現極移包含各種複雜的運動:其一是地極的週年擺動,它的平均振幅為0.09″,主要是由於大氣的週年運動引起地球的受迫擺動。其二是張德勒擺動,週期為432天,平均振幅為0.18″,是由於地球的非剛體引起的地球自由擺動。這種擺動為美國天文學家張德勒所發現,因而得名為張德勒擺動,其週期稱為張德勒擺週期。其三是地極的長期漂移。

    下面介紹一下歲差和章動。地球自轉軸在歲差和章動過程中,是不會相對於本體發生改變的。也就是說以地球為參考系是看不到歲差和章動,地球的自轉軸始終和最初畫的那條線重合。這就是它們和極移的區別。但是如果以北極星為參考系,那麼歲差和章動就能看到了。歲差其實是地球自轉軸的進動導致的,章動是地球自轉軸的擺動。這裡要注意一點,地球的進動不僅導致了歲差還導致了別的現象。

      由於地球自轉軸的進動,使北天極約以25800年的週期圍繞黃極運動。通常,我們將北極星的稱號授予離北天極很近並易認的恆星。由於北天極在圍繞黃極運動,指向星空的位置在發生變化,所以被稱為北極星的星就不能固定不變。公元前3000年,天龍座α星是北極星。目前,小熊座α星是北極星,它離天北極的角距約為40′,正日益向天北極靠攏。大約在公元2100年前後,極距達到最小,只有27′38″。此後,小熊座α星將逐漸遠離北天極,不再成為一顆北極星。到了公元14000年,北天第二亮星天琴座α星(織女星)將成為北極星。  

    地球自轉軸的進動造成春分點西移,而春分點是赤道座標系和黃道座標系的原點。由於它向西移動,對於赤道座標系來說,恆星的赤經和赤緯,都會因此而有小的變化;對於黃道座標系來說,只有恆星的黃經每年增加50.29″,而黃緯則不變。在不同曆元,春分點位置不同,同一恆星座標值也不同,需要把恆星位置化為屬於所需的某一春分點的位置,即加上歲差改正。這就是天文學上所說的歷元歸算。

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