擁有橢圓形公轉軌道的地球,為什麼沒有飛離或撞向太陽?

公轉軌道有近日點和遠日點的地球,依然存在於太陽系之中!

地球圍繞太陽公轉一週的時間,在我們日常生活中被稱為一年。不得不說,地球的公轉行為給我們的生活帶來了很多體驗。隨著一年季節的不停更替,我們不僅可以感知到大自然中的絢麗色彩,更能體驗到每個季節特有的活動形式。但對於大多數人而言,大家對地球的公轉具有怎樣的特性並不瞭解,於是產生一些看似“有道理”的疑問。比如,在地球的公轉軌道上,明明有近日點和遠日點這樣的特殊位置,那地球為什麼依然存在於我們的太陽系中,而沒有飛離或撞上太陽?

擁有橢圓形公轉軌道的地球,為什麼沒有飛離或撞向太陽?

地球公轉需要遵循的規律不止一個

正如地球的自轉具有特殊的規律一樣,我們生活的這個星球在圍繞太陽進行公轉的時候,同樣也是在一個非實體的軌道上規律性的運行。地球在公轉的時候需要遵循的規律很多,這其中就包括地球公轉的速度和效應、地球軌道和軌道面,以及所謂的黃赤交角等。你一定可以從這一系列專業詞彙的身上,感受到地球公轉本身的複雜性。

位於地球公轉軌道上的所有點,都處在同一個平面之上,也就是所謂的地球軌道平面。當我們將這個特殊的平面在天球上進行表現的時候,這個地球繞太陽移動的平面就被稱為黃道面。我們每天都可以明顯地感受到地球的自轉和公轉,比如,每天都會經歷晝夜,每天的日曆數字都在增加。的確,不管是地球的自轉、還是公轉,它們在時間上都是同時進行的。

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地球公轉總是保持66°34′的傾角

公轉在天球上的表現為黃道和黃軸,自轉在天球上的表現為天赤道和天軸,也就是說,天赤道和黃道分別位於兩個完全不同的平面上。而這兩個擁有同心的大圓所在的平面,便構成了具有23°26′夾角的黃赤交角。也就是說,不管地球在其公轉軌道上運行到了哪個位置,都需要保持66°34′的傾角不會發生變化。

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在地球的整個公轉過程中的很長一段時期,其地軸在空間上的指向,其實都沒有明顯的變化趨勢,北極總是指向天北極(北極星附近)。簡而言之,地軸在公轉過程中的移動方式是平行的。所以,這確保了無論地球處於公轉軌道的哪個位置,都可以保持黃赤交角的度數長期不變。也正是因為有了這個特殊夾角存在,才證明了天極和黃極之間存在偏離。

如果在此之前,你不能理解為什麼地球儀的自轉軸總是傾斜著的,並且總是與放置它的桌面呈現出66°34′的角度傾斜。那麼,現在你應該就能明白,這樣的現象不過是黃赤交角最直觀的表現形式。在我們的大自然界,大家也可以通過南北迴歸線之間的太陽直射現象,以及南迴歸線以南和北迴歸線以北全年都沒有太陽直射的現象,從而對黃赤交角給地球各區域帶來的影響有更深入的瞭解。

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地球公轉軌道上的近日點和遠日點

首先,我們可以先理解近日點和遠日點存在的根本原因。所謂的公轉,其實都是指行星圍繞恆星進行運轉,而大多數這樣的運轉軌道又都是橢圓形。所以,太陽的位置往往都不是橢圓的中心,反而是位於這個橢圓的一個焦點上。於是,星體和恆星之間的距離,便會因為星體在公轉軌道上的移動而發生變化。當行星和太陽之間的距離最近的時候,我們將這個位置叫做近日點,並將行星與太陽距離最遠的位置稱為遠日點。

而大多數人糾結的為什麼行星沒有飛離、或撞上太陽,主要指的也是近日點和遠日點這兩個特殊位置。地球離太陽距離最近的時候是一月,兩者之間的距離大約為1.471億千米;而地球離太陽距離最遠的時候則是7月,此時兩者之間的距離值在1.52億千米左右。從這兩個數據值我們可以直觀地看到,其實近日點和遠日點之間的差值並不大。

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為什麼沒有地球從未飛離或撞向太陽

地球公轉運動,我們可以將其簡單的形容成一種週期性的圓周運動,這就不難理解為什麼地球的公轉速度會與線速度、角速度這兩個值都有關。而根據開普勒行星運動的第二定律可知,太陽和地球之間的距離也會影響地球的公轉速度。事情的確變得越來越複雜,因為,這說明了即便是地球公轉時的線速度和角速度,也並不是一個固定不變的值,並且還會隨著太陽和地球之間的距離變化而變化。

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簡單來說,當時間處於一年時間中的1月初到7月初,地球公轉的速度會逐漸減慢,太陽和地球之間的位置關係是越來越遠;而之後的幾個月時間裡,則是地球和太陽距離逐漸縮小的一段時間,而此時的公轉速度則會慢慢加快。當地球處於近日點的時候,線速度保持在30.3千米/秒左右,角速度大約為1°1′11″/日;而當地球經過遠日點的時候,不管是線速度(29.3千米/秒)、還是角速度(57′11″/日),它們在這個位置的值會比它們的平均值更低。

事實上,地球的公轉軌道其實是一個近似正圓的橢圓形軌道。畢竟,正兒八經的橢圓形天體軌道,它們是隻有遠日點的,而那些具有雙曲線、或拋物線的天體軌道,則連遠日點都沒有。或許很多人都有所不知,地球的公轉速度也會隨著本身位置的移動而發生變化,比如,近日點時的公轉速度會更快,而遠日點時的公轉速度則會更慢。簡而言之,地球的公轉速度也會根據其軌道位置進行調整,這也是地球為什麼不會飛離和撞上太陽的根本原因。

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