地球自轉
- 1 概述
- 2 自轉周期
- 3 自轉意義
- 4 自轉規律
- 1 概述
- 2 自轉周期
- 3 自轉意義
- 4 自轉規律
1 概述 編輯本段
地球自轉是固體的地球繞著自己的軸轉動，方向是由西向東。從天球的北極點鳥瞰，地球自轉是逆時針旋轉；從南極點上空看是順時針旋轉。
2 自轉周期 編輯本段真正周期地球自轉的周期是一個恆星日，目前其值為23時56分4秒。但是近年來地球自轉周期在緩慢增加（即轉速緩慢減小），導致需要對全球計時器進行調整，例如2005年12月31日全球鐘錶統一加一秒。這樣的調整稱為閏秒。
轉動速度地球自轉的角速度大約是每小時15度；而表面每點的線速度隨緯度而變化，是赤道的線速度乘以緯度的餘弦。因此赤道的線速度是最大的，兩極的線速度最小，而赤道線的速度約902.5海浬。恆星日與太陽日在像地球的一個順行平面，恆星日是短於太陽日。在時間點1，太陽和遙遠的恆星都在頭頂上(在相同的方向上)；在時間點2，行星轉動360°，遙遠的恆星右出現在頭頂上，但太陽並不在頭頂上(1→2 =一恆星日)；太陽要稍後，在時間點3，才會抵達頭頂上(1→3 =一太陽日)。地球相對於太陽的轉動一周的時間(從正午至正午)稱為真太陽日或視太陽日，由於地球橢圓軌道的離心率和自轉軸的傾斜，導致均時差的形成。這兩者都以數千年的尺度變化[1]，所以真太陽日也有周年性的變化。
通常，每年有兩段時期比平太陽日長，另外兩段時期比平均太陽日短[n 1]。當真太陽日在越接近近日點時越長，這是因為這時的太陽看起來在黃道上移動的角度比平常大，朝向近日點接近時，每一天增長的時間大約在10秒鐘；反過來，當地球朝向遠日點接近時，每一天的時間大約會縮短約10秒鐘。當接近至點時，太陽的視運動從黃道上投影至天球赤道上的移動量會增加，導致每一天可以增長約20秒鐘；但反過來，在接近分點時，天球赤道和黃道幾乎重合，因此沒有什麼差別。通常，近日點和至點的效果結合，在接近12月22日時，真太陽日每一天可以增長30秒鐘；但是至點的效應在遠日點時會被抵銷一部分，所以約在6月19日，只會增長13秒鐘。
相對來說，分點的效應，在3月26日(接近春分)大約比平太陽日短18秒鐘，在9月16日(接近秋分)大約短21秒鐘[2][3][4]。在一年中的真太陽日的平均長度稱為平太陽日，它包含了86,400 平太陽秒。目前，平太陽秒比SI的秒稍稍長了一點點，這是因為地球的平太陽日由於潮汐摩擦已經比在19世紀定義當時長了一些。在1750年至1892年之間的平太陽秒是西蒙·紐康於1895年在製作他的太陽表時制定的獨立時間單位。這個表在1900年至1983年被用來計算世界的天體歷，所以這種秒也稱為曆書秒。
SI秒在1967年與曆書秒是相等的[5]。地球相對於恆星轉動一周(360度)稱為恆星日，依據國際地球自轉服務 (IERS)的定義是86,164.098 903 691秒的平太陽時(UT1)(等於23h 56m 4.098 903 691s，或0.997 269 663 237 16平太陽日)。地球相對於歲差或平春分點的轉動周期，常被誤稱為恆星日，是86,164.090 530 832 88 秒的平太陽時(UT1)(等於23h 56m 4.090 530 832 88s，0.997 269 566 329 08 mean solar days)[6]，因此天文學上用的恆星日比真實的恆星日短了大約8.4 ms。無論是真實的恆星日或是天文學上用的恆星日都比平太陽日短了大約3分 56秒，平太陽日在SI是運用IERS從 1623–2005[9]和 1962–2005的周期[10]。最近(1999年–2010年) 平太陽日的長度是86,400SI秒，變化率在0.25 ms和1 ms，必須將這些變化也添加在真實的恆星日和天文的恆星日的長度，以SI秒呈現它們的平太陽時。地球在慣性空間中的轉動速率是每SI秒(7.2921150 ± 0.0000001)×10?5弧度[6]乘上(180°/π弧度)×(86,400秒/平太陽日)，得到每平太陽日360.9856°，表明了在一個太陽日的地球轉動超過相對於恆星的360°。這是因為地球在接近圓形的繞日軌道上的運動，使得地球必須在轉到對向恆星之後還得再多轉一點才能再度對向平太陽，使平太陽再度出現在同一個地點的同一方向上，即使相對於平太陽只是旋轉了一圈(360°)
。將地球每秒在赤道上旋轉的弧度乘上地球的半徑6,378,137 m (WGS84橢球) ( 2π弧度的因素在兩個項目中都被刪除)得到的速度是465.1 m/s、1,674.4 km/h或1,040.4 mi/h[11]。有些資料來源指出地球的赤道速度較低，或是只有1,669.8 km/h[12]，這是以地球的赤道周長除以24小時獲得的結果。但是，這只是不自覺的意味著只在慣性空間中旋轉了一圈，因此相對應的時間應該是恆星時。經由乘平太陽日的恆星日對應數值，1.002 737 909 350 795，可以證實這一點[6]，因為這會獲得前述赤道在平太陽時的速度1,674.4 km/h。
對地球自轉的長期監測需要甚長基線干涉儀的座標配合全球定位系統、衛星雷射測距和其它衛星技術配合著使用。這些提供了對世界時、進動和章動等的絕對參考 。過去的數百萬年，地球的旋轉受到月球引力的交互作用影響減緩了許多：參見潮汐加速。但是有些大型的事件，像是2004年印度洋地震，就使地球的轉動加速了大約3微秒[14]。在冰河期後期的後冰河期反彈，是因為地球質量的分部改變影響了地球的慣量，經由角動量守恆，改變了轉動速率[15]。
真正周期
地球自轉的周期是一個恆星日，目前其值為23時56分4秒。但是近年來地球自轉周期在緩慢增加（即轉速緩慢減小），導致需要對全球計時器進行調整，例如2005年12月31日全球鐘錶統一加一秒。這樣的調整稱為閏秒。
轉動速度
地球自轉的角速度大約是每小時15度；而表面每點的線速度隨緯度而變化，是赤道的線速度乘以緯度的餘弦。因此赤道的線速度是最大的，兩極的線速度最小，而赤道線的速度約902.5海浬。
恆星日與太陽日
在像地球的一個順行平面，恆星日是短於太陽日。在時間點1，太陽和遙遠的恆星都在頭頂上(在相同的方向上)；在時間點2，行星轉動360°，遙遠的恆星右出現在頭頂上，但太陽並不在頭頂上(1→2 =一恆星日)；太陽要稍後，在時間點3，才會抵達頭頂上(1→3 =一太陽日)。
地球相對於太陽的轉動一周的時間(從正午至正午)稱為真太陽日或視太陽日，由於地球橢圓軌道的離心率和自轉軸的傾斜，導致均時差的形成。這兩者都以數千年的尺度變化，所以真太陽日也有周年性的變化。通常，每年有兩段時期比平太陽日長，另外兩段時期比平均太陽日短[n 1]。當真太陽日在越接近近日點時越長，這是因為這時的太陽看起來在黃道上移動的角度比平常大，朝向近日點接近時，每一天增長的時間大約在10秒鐘；反過來，當地球朝向遠日點接近時，每一天的時間大約會縮短約10秒鐘。
當接近至點時，太陽的視運動從黃道上投影至天球赤道上的移動量會增加，導致每一天可以增長約20秒鐘；但反過來，在接近分點時，天球赤道和黃道幾乎重合，因此沒有什麼差別。通常，近日點和至點的效果結合，在接近12月22日時，真太陽日每一天可以增長30秒鐘；但是至點的效應在遠日點時會被抵銷一部分，所以約在6月19日，只會增長13秒鐘。相對來說，分點的效應，在3月26日(接近春分)大約比平太陽日短18秒鐘，在9月16日(接近秋分)大約短21秒鐘。
在一年中的真太陽日的平均長度稱為平太陽日，它包含了86,400 平太陽秒。目前，平太陽秒比SI的秒稍稍長了一點點，這是因為地球的平太陽日由於潮汐摩擦已經比在19世紀定義當時長了一些。在1750年至1892年之間的平太陽秒是西蒙·紐康於1895年在製作他的太陽表時制定的獨立時間單位。這個表在1900年至1983年被用來計算世界的天體歷，所以這種秒也稱為曆書秒。SI秒在1967年與曆書秒是相等的。
地球相對於恆星轉動一周(360度)稱為恆星日，依據國際地球自轉服務 (IERS)的定義是86,164.098 903 691秒的平太陽時(UT1)(等於23h 56m 4.098 903 691s，或0.997 269 663 237 16平太陽日)[6][n 2]。地球相對於歲差或平春分點的轉動周期，常被誤稱為恆星日[n 3]，是86,164.090 530 832 88 秒的平太陽時(UT1)(等於23h 56m 4.090 530 832 88s，0.997 269 566 329 08 mean solar days)，因此天文學上用的恆星日比真實的恆星日短了大約8.4 ms。
無論是真實的恆星日或是天文學上用的恆星日都比平太陽日短了大約3分 56秒，平太陽日在SI是運用IERS從 1623–2005[9]和 1962–2005的周期[10]。
最近(1999年–2010年) 平太陽日的長度是86,400SI秒，變化率在0.25 ms和1 ms，必須將這些變化也添加在真實的恆星日和天文的恆星日的長度，以SI秒呈現它們的平太陽時。
地球在慣性空間中的轉動速率是每SI秒(7.2921150 ± 0.0000001)×10?5弧度[6]乘上(180°/π弧度)×(86,400秒/平太陽日)，得到每平太陽日360.9856°，表明了在一個太陽日的地球轉動超過相對於恆星的360°。這是因為地球在接近圓形的繞日軌道上的運動，使得地球必須在轉到對向恆星之後還得再多轉一點才能再度對向平太陽，使平太陽再度出現在同一個地點的同一方向上，即使相對於平太陽只是旋轉了一圈(360°) [n 4]。將地球每秒在赤道上旋轉的弧度乘上地球的半徑6,378,137 m (WGS84橢球) ( 2π弧度的因素在兩個項目中都被刪除)得到的速度是465.1 m/s、1,674.4 km/h或1,040.4 mi/h[11]。
有些資料來源指出地球的赤道速度較低，或是只有1,669.8 km/h，這是以地球的赤道周長除以24小時獲得的結果。但是，這只是不自覺的意味著只在慣性空間中旋轉了一圈，因此相對應的時間應該是恆星時。經由乘平太陽日的恆星日對應數值，1.002 737 909 350 795，可以證實這一點，因為這會獲得前述赤道在平太陽時的速度1,674.4 km/h。
對地球自轉的長期監測需要甚長基線干涉儀的座標配合全球定位系統、衛星雷射測距和其它衛星技術配合著使用。這些提供了對世界時、進動和章動等的絕對參考 。
過去的數百萬年，地球的旋轉受到月球引力的交互作用影響減緩了許多：參見潮汐加速。但是有些大型的事件，像是2004年印度洋地震，就使地球的轉動加速了大約3微秒。在冰河期後期的後冰河期反彈，是因為地球質量的分部改變影響了地球的慣量，經由角動量守恆，改變了轉動速率。
3 自轉意義 編輯本段1．東、西半球發生晝夜交替；
2.不同地方的時間差異；；經度每隔15度，地方時相差一小時
3．物體偏向（地轉偏向力）；
4．日月星辰的東升西落。
5.一天之中桿影長度發生變化
6.太陽直射點的變化
4 自轉規律 編輯本段極移
地軸在地面上的運動，叫做極移。
極移的原因主要有兩種，一種是地軸對於慣性軸偏離的結果，周期大約為14個月。另一種是大氣季節性運行導致，其周期為一年。還有其他一些次要的原因，極移的振幅一般不超過15米。
極移的結果使地球上的緯度和經度發生變化。
進動
天極在天球上的位置的變化稱為進動。
規律性：地軸的進動是一種圓錐形的運動，其規律性如下：
圓錐軸線垂直於地球公轉軌道平面，指向黃道兩極。
圓錐的半徑是黃赤交角。
運動的方向是自東向西，即同地球自轉的方向相反。
運動的速度是每年50秒點29，周期是25800年。
表現：
表現為天極的周期性運動。
造成北極星的變遷。
地球赤道面和天赤道發生系統性的變化。
二分二至點每年在黃道上以50秒點29的速度西移。（歲差）
使回歸年小於恆星年
原因
第一，地球形狀
因為地球是一個明顯的扁球體，所以隆起的部位所受的附加引力
總是稍大於另一側。二者之間的差值，總是存在於接近日月的一側。
第二，黃赤交角
由於黃赤交角的存在，使得日月經常在赤道面以外對赤道隆起施加引力。這樣上述引力差就成為一個力矩，使得地軸趨近黃軸，天極趨近黃極。
第三，地球自轉
因為上述的引力差，給地球的自轉的角動量增加了一個增量，使得地球的自轉方向發生偏轉。這就是地軸的進動，也就是歲差。
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