一年中日地距离-地球与太阳距离周期性变化

一年中日地距离

我们人类居住的地球，是太阳系中的九大行星之一，它和其它八个兄弟一样，在自转的同时，还分秒不停地绕着太阳运转着，这叫做公转。

很早以前，我国古代的劳动人民通过长期的观测发现，地球和太阳之间的距离，在一年当中是有变化的。据历史记载，在公元420～581年南北朝时，北齐有位天文学家张子信，他花了三十年时间观测地球绕日运动，取得了宝贵而丰富的科学资料，他发现“日行在春分后则迟，秋分后则速”。实际上，这是地球与太阳间距离变化的反映。

那么，地球到底是怎样绕着太阳运行的，它和太阳之间的距离一年中有什么变化和为什么会有变化呢？

我们知道，太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星、流星体和行星际物质构成的天体系统。太阳是太阳系的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99．86%，在太阳系中，包括行星在内的所有天体，都循着万有引力定律的规律在太阳的引力作用下，绕着太阳公转。行星运行的轨道，是由它与太阳距离的远近、沿着什么方向和它运行的速度来决定的。

包括地球在内，所有行星运行的轨道，都是沿着椭圆形轨道自西向东绕着太阳运行的。椭圆形有两个焦点，太阳处在椭圆形两个焦点的一个焦点上。当地球公转运行到椭圆形长轴靠近太阳的端，叫做近日点，时间大约是冬至日（12月22日前后）后的10天左右，即1月初；远离太阳的一端，叫做远日点，时间大约是夏至日（6月22日前后）后的10天左右，即7月初。

椭圆焦点到中心的距离与椭圆半长径的比值叫做偏心率，偏心率越大，椭圆就越扁；偏心率越小，椭圆就接近于正圆。经计算结果，九大行星椭圆轨道的偏心率如下表：(www.xing528.com)

我们从上表中可以看出，地球的偏心率是0．017，它很小，因而是接近于正圆的椭球形。

由于地球是沿着椭圆形轨道绕着太阳公转运行的，一年转一圈，所以地球和太阳之间的距离，在一年中显示出了周期性的变化。每年一月初，地球和太阳的距离最近，日地距离（日心至地心）约为14710万千米；7月初，距离太阳最远，日地距离约为15210万千米。（两者的平均值是14960万千米≈1．5亿千米，这叫做一个天文单位。）由此可以看出，地球与太阳的距离，在1月初比7月初近约500万千米。

那么，为什么地球和其它的行星绕太阳公转的轨道形成椭圆形的呢？

我们可以做这样一个实验：在水平放置的玻璃板上，滚动一粒小钢珠，可以看到它是匀速的直线滚动的。如果在靠近它滚动的地方放上一块磁铁，这时小钢珠会偏向磁铁方向。不过，钢珠滚动的速度要大，偏向磁铁的方向就小；反之，如果钢珠滚动的速度要小，偏向磁铁的方向就大。

行星围绕太阳的运动，就和上面的实验类似。太阳就好比是那块磁铁，如果没有太阳，那么，行星在宇宙空间就是匀速的直线运动。现在行星受到太阳的引力作用，行星就象那粒小钢珠，它的运动方向就向着太阳偏移了。行星轨道向太阳偏移的大小，是由行星本身的速度来决定的。如果太阳对行星的引力，恰好等于行星作圆周运动所需的向心力，行星绕日的轨道就是圆形的，在圆周上运行的速度称为圆周速度。如果行星运行的速度比圆周速度大，那它向太阳方向的偏移比圆要小，就成为一个椭圆。这个速度越大，椭圆必就越扁长。如果速度继续增加下去，椭圆也就更扁长，增大到一定速度时，行星的轨道就不再是封闭的椭圆而开了口，成为抛物线或双曲线了。这时，这就不再绕太阳运转，而要飞出阳系去了。

地球围绕太阳公转的速度，同其它行星一样，有角速度和线速度之分。由于地球是在椭圆形轨道上绕日公转，根据开普勒（德国天文学家和数学家）的面积定律：太阳和行星的轨道联线在相等时间内，扫过相等的面积。因此，不论角速度和线速度都是在近日点附近时快，在远日点附近时慢。地球绕日一周（一年）转360°，这样大致每日由西向东推进1°。这是地球公转的平均角速度。地球公转的线速度在近日点附近时是每秒钟30．3千米，在远日点附近时是每秒钟29．3千米。平均线速度约为每秒钟30千米。近日和远日点附近时的速度虽然相差不大，但这决定了它围绕太阳运转的轨道是一个偏心率不太大的椭圆形，它与太阳的距离终究有远近的变化。