第四章地球的转动优秀PPT.ppt

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1、第四章地球的转动第一页，本课件共有79页第四章地球的转动l天球坐标系天球坐标系 l地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态 l地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动 l地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动 第二页，本课件共有79页第四章地球的转动 在在宇宇宙宙空空间间中中,地地球球不不仅仅绕绕着着一一条条轴轴线线自自西西向向东东自自转转,同同时时也也沿沿着着近近于于圆圆的的轨轨道道绕绕着着太太阳阳转转动动。日日、月月对对地地球球赤赤道道凸凸出出部部分分的的吸吸引引力力随随日日月月位位置置而而变变化化,在在它它们们的的作作用用下下,地地球球转转动动轴轴在在空空间间的的取取向向发发生

2、生变变化化。地地球球作作为为一一个个整整体体也也相相对对于于其其转转动轴而摆动。地球的转动速率也不恒定。动轴而摆动。地球的转动速率也不恒定。在在地地球球物物理理学学中中,地地球球的的自自转转运运动动,与与地地壳壳运运动动,海海洋洋运运动动和和大大气气运运动动都都有有密密切切关关系系；不不仅仅如如此此,地地球球自自转转与与地地球球内内部部的的构构造造和和运运动动,地地球球内内部部的的密密度度、弹弹性性和和非非完完全全弹弹性性,地地震震激激发发,地地磁磁场场维维持持,大大陆陆漂漂移移,全全球球振振荡荡波波谱谱等等也也有有一一定定联系。联系。第三页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系

3、l天球天球 l天穹与天球天穹与天球l天球上的圈和点天球上的圈和点 l天球坐标系天球坐标系 l地平坐标系地平坐标系 l赤道坐标系赤道坐标系 l黄道坐标系黄道坐标系第四页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系l天球天球 l天穹与天球天穹与天球根据日月星辰的东升西降,可以推测有一个完整的球面把地球包围着,把直接看见的半个球面叫做“天穹”,把包围地球的整个假想球面称为“天球”。天球是一个虚拟球面,其含义是：假定以地球为球心,以无穷远为半径的一个假想的球体。第五页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系球面坐标的一般形式球面坐标的一般形式第六页，本课件共有79页第一节第一节 天

4、球坐标系天球坐标系第七页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系天球赤道、地平圈、黄道；天北极、天南极、黄北极、黄南极、天顶、天底、春分和秋分点（V、A）、夏至和冬至点（L、M）；天球赤道和黄道是天球上的固定点和圈,不随观测点的位置而变化；天顶、天底、地平圈、地平经圈不是固定的点和圈,随观察者位置的变化而变化。天球天球 天穹与天球天穹与天球天球上的圈和点天球上的圈和点第八页，本课件共有79页PP天球上的几个圈和点天球上的几个圈和点天赤道春分点秋分点KK夏至点冬至点概念天北极、天南极黄道概念黄北极、黄南极与天赤道的交点与天赤道的大距点地平圈天子午圈第九页，本课件共有79页第一节第一节

5、 天球坐标系天球坐标系l地平坐标系地平坐标系基基本本圈圈是是地地平平圈圈,基基本本点点是是天天顶顶和和天天底底。通通过过地地平平经经圈圈可可以以确确定定地地平平经经度度(方方位位角角)；通通过过地地平平纬纬圈圈可可以以确定地平纬度确定地平纬度(地平高度地平高度)。通通过过天天顶顶与与天天极极的的地地平平经经圈圈与与地地平平圈圈相相交交两两点点,靠靠近近天天北北极极的的点点为为北北点点,靠靠近近天天南南极极的的点点为为南南点点。地地平平经经度度(方方位位角角)在在地地平平圈圈上上量量算算,南南点点(S)为为起起算算点点,顺顺时时方方向向由由0-360,地地平平纬纬度度在在地地平平经经圈圈上上量量

6、算算,地地平平圈起算圈起算,到天顶为到天顶为90,到天底为到天底为-90。第十页，本课件共有79页地地平平坐坐标标系系第十一页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系赤道坐标系赤道坐标系基基本本圈圈是是天天赤赤道道,基基本本点点是是天天北北极极和和天天南南极极。赤赤纬纬的的量量算算方方法法是是：天天赤赤道道为为0,天天北北极极为为90,天天南南极极为为-90。通通过过天天极极,有有无无数数垂垂直直于于天天赤赤道道的的大大圆圆,称称为为赤赤经经圈圈。根根据据赤赤经经的的量量算算方方法法,分分为为第第一一和和第第二二赤赤道道坐坐标标系系。第第一一赤赤道道坐坐标标系系(时时角角坐坐标标系

7、系)以以通通过过地地平平圈圈南南、北北点点的的赤赤经经圈圈与与天天赤赤道道的的交交点点为为起起算算点点,按按顺顺时时针针0-360,或或用用h来来量量度度,0-24h。第第二二赤赤道道坐坐标标系系赤赤经经的的起起算算点点是是春春分分点点,按逆时针方向量算按逆时针方向量算,0-360。第十二页，本课件共有79页第第第第一一一一赤赤赤赤道道道道坐坐坐坐标标标标系系系系第十三页，本课件共有79页第第二二赤赤道道坐坐标标系系第十四页，本课件共有79页第一节第一节 天球坐标系天球坐标系l天球坐标系天球坐标系 l黄道坐标系黄道坐标系 基本圈是黄道基本圈是黄道,基本点是北黄极、南黄极。基本点是北黄极、南黄极

8、。平平行行于于黄黄道道在在天天球球上上可可作作无无数数小小圆圆,即即黄黄纬纬圈圈。黄黄纬纬以以黄黄道道为为0,到到黄黄北北极极为为+90,到到黄黄南南极极为为-90。通通过过黄黄极极可可作作无无数数个个与与黄黄道道直直交交的的大大圆圆,即即黄黄经经圈圈。黄黄经经以以春春分分点点为为起起算算点点在在黄黄道道上上按按逆逆时时针针方方向向量量算算,0 360。黄黄纬纬和和黄黄经经不不因因地地因因时时而而改改变变。黄黄道道坐坐标标系系常常用用于于表示太阳系内天体的位置。表示太阳系内天体的位置。第十五页，本课件共有79页黄黄道道坐坐标标系系第十六页，本课件共有79页地球公转轨道与黄道地球公转轨道与黄道黄

9、道：太阳在天球上作周年视运动的路线。黄 道第十七页，本课件共有79页第十八页，本课件共有79页第十九页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球的自转地球的自转 l地球自转的发现地球自转的发现 l地球自转的证实地球自转的证实 l l地球自转的特征地球自转的特征地球自转的特征地球自转的特征l地球自转速度的变化地球自转速度的变化l表示方法和研究方法 l日长长期变化的证据 l地球的公转l地球公转的发现与证实 l地球公转运动的轨道、周期和速度 l地球公转的地理效应 第二十页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球的自转l地球自转

10、的发现l地球自转的证实l重力加速度随纬度的变化l傅科摆l落体偏东l地球自转的特征l地轴取向的稳定性l自转速度稳定l地球自转的非均匀变化第二十一页，本课件共有79页NS我们设想用弹簧秤在地球表面我们设想用弹簧秤在地球表面附近测量质量为附近测量质量为 m的质点的质点 质点的平衡方程为质点的平衡方程为而是表观重力而是表观重力下面计算表观重力随纬度的变化及它对下面计算表观重力随纬度的变化及它对 方向的偏角方向的偏角 地球的自转的证实地球的自转的证实重力加速度随纬度的变化重力加速度随纬度的变化第二十二页，本课件共有79页可估算出可估算出精度不要求很高时，惯性离心力的影响很精度不要求很高时，惯性离心力的影

11、响很小，不区分铅垂方向与天顶方向。小，不区分铅垂方向与天顶方向。重力加速度随纬度的变化重力加速度随纬度的变化第二十三页，本课件共有79页5-4 5-4 地球自转的动力学效应地球自转的动力学效应进行泰勒展开，并略去高次项，得进行泰勒展开，并略去高次项，得g值将随纬度而变，在两极处最值将随纬度而变，在两极处最大，在赤道处最小大，在赤道处最小重力加速度随纬度的变化重力加速度随纬度的变化第二十四页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球自转的证实地球自转的证实l傅科摆傅科摆 法法国国物物理理学学家家Foucault于于1851年年在在法法国国巴巴黎黎的的一一个个圆

12、圆顶顶大大厦厦做做了了一一次次成成功功的的摆摆动动实实验验，摆摆长长67米米，摆摆锤锤重重27公公斤斤。在在北北半半球球时时，摆摆动动平平面面顺顺时时针针转转动动；在在南南半半球球时时，摆摆动动平平面面逆逆时时针针转转动动，而而且且纬纬度度越越高高，转转动动速速度度越越快快；在在赤赤道道上上的的摆摆几几乎乎不不转转动。动。第二十五页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态地球自转的证实地球自转的证实傅科摆傅科摆第二十六页，本课件共有79页傅科摆的运动方程为傅科摆的运动方程为地球自转的证实地球自转的证实傅科摆傅科摆第二十七页，本课件共有79页傅科摆傅科摆第二十八页

13、，本课件共有79页傅科摆傅科摆第二十九页，本课件共有79页傅科摆傅科摆第三十页，本课件共有79页在地面参考系在地面参考系Oxyz中，在地面参考系中，在地面参考系 z轴上轴上z=h处自处自由落下由落下,忽略空气阻力忽略空气阻力，风的干扰，风的干扰正视图正视图正视图正视图NSzx 由于质点不受其他物体的作用力由于质点不受其他物体的作用力近似，表观重力与引力方向一致近似，表观重力与引力方向一致所以质点的动力学方程组为所以质点的动力学方程组为 地球的自转的证实地球的自转的证实 落体偏东落体偏东落体偏东落体偏东第三十一页，本课件共有79页积分积分(1)、(3)两式两式,并用初始条件定积分常数并用初始条件

14、定积分常数 代入第代入第(2)式式,略去略去2项，则项，则 积分并定积分常数积分并定积分常数,解出解出 代入第代入第(4)、（、（5）式）式,略去略去2项，则项，则 这便是精确到这便是精确到这便是精确到这便是精确到 一次方时的解答一次方时的解答一次方时的解答一次方时的解答 可见可见，当，当t0时，时，y0说明落体偏东说明落体偏东说明落体偏东说明落体偏东 落体偏东落体偏东落体偏东落体偏东第三十二页，本课件共有79页由落地条件由落地条件z=0,求出落地时间求出落地时间 可知落地后偏东的距离为可知落地后偏东的距离为 纬度纬度不同，不同，ym不同；不同；=0处，即在赤道处处，即在赤道处,ym最大最大落

15、体偏东现象可以在惯性系落体偏东现象可以在惯性系(日心系日心系)中的定性解释中的定性解释 SNzz西西东东 落体偏东落体偏东落体偏东落体偏东第三十三页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l l地球自转的特征地球自转的特征地球自转的特征地球自转的特征地轴取向的稳定性地轴取向的稳定性地地轴轴在在地地球球内内部部的的位位置置以以及及天天轴轴在在宇宇宙宙空空间间中中的的位位置置(即即地地轴轴取取向向),具具有有高高度度的的稳稳定定性性：地地北北极极在在地地面面上上的的移移动动,称称为为极极移移,一一般般不不过过1020m的的范范围围；天天北北极极在在天天球上的移动球上

16、的移动,是由地轴进动引起的是由地轴进动引起的,年变化不超过年变化不超过5。自转速度稳定自转速度稳定地球自转不是均匀的地球自转不是均匀的,有微小变化有微小变化,大约每百年增长大约每百年增长1ms。地球自转的非均匀变化地球自转的非均匀变化第三十四页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态第三十五页，本课件共有79页 (3)地球自转速度变化（日长变化）地球自转速度变化（日长变化）地地球球自自转转不不是是均均匀匀的的，存存在在着着多多种种短短周周期期变变化化和和长长期期变变化化，短短周周期期变变化化是是由由于于地地球球周周期期性性潮潮汐汐影影响响，长长期期变变化化表表现

17、现为为地地球球自自转转速速度度缓缓慢慢变变小小。地地球球的的自自转转速速度度变变化化，导导致致日日长长的的视视扰扰动动和和缓缓慢慢变变长长，从从而而使使以以地地球球自自转转为为基基准准的的时间尺度产生变化。时间尺度产生变化。描描述述地地球球自自转转运运动动规规律律的的参参数数、描描述述地地球球自自转转速速度度变变化化的的参参数数和和描描述述极极移移的的参参数数可可以以在在国国际际地地球球旋旋转转服服务务(IERS)网站网站()上得到。上得到。第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态第三十六页，本课件共有79页l自转的速度表示方法自转的速度表示方法：日长。：日长。v时时间间服服务务

18、系系统统:恒恒星星时时、平平太太阳阳时时、历历书书时时、原原子子时时、世世界界时时（universal universal timetime）、协协调调世世界界时时（coordinated coordinated universal universal timetime）。v原原子子时时与与地地球球自自转转没没有有直直接接联联系系，由由于于地地球球自自转转速速度度长长期期变变慢慢的的趋趋势势，原原子子时时与与世世界界时时的的差差异异将将逐逐渐渐变变大大，秒秒长长不不等等，大大约约每每年年相相差差1秒秒，便便于于日日常常使使用用，协协调调好好两两者者的的关关系系，建建立立了了以以原原子子时时秒秒

19、长长为为计计量量单单位位、在在时时刻刻上上与与平平太太阳阳时时之之差差小于小于0.9秒的时间系统，秒的时间系统，称为协调世界时。称为协调世界时。v自转的速度研究方法自转的速度研究方法：利用古代天文：利用古代天文,地理地理,古生物等资料古生物等资料第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球自转速度的变化地球自转速度的变化第三十七页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l日长变化的证据日长变化的证据古代天文资料古代天文资料 古代天文资料很多古代天文资料很多,如古月掩星如古月掩星,古日食等。古日食等。根根据据引引力力理理论论可可以以精精确确计计算算

20、行行星星绕绕日日运运动动轨轨道道,它它们们都都可可以以作作为为时时间间的的函函数数而而求求解解,满满足足运运动动方方程程的的时时间间,称称为为历历书书时时(ET)。而而由由地地球球自自转转所所确确定定的的时时间间,称称为为世世界界时时。如如果果地地球球自自转转是是均均匀匀的的,还还满满足足其其他他一一些些条条件件,则则观观测测到到的的日日月月星星位位置置,就就应应与与计计算算出出来来的的位位置置吻吻合合。根根据据计计算算出出来来的的位位置置,可可编编制制出出星星历历表表。如如果果地地球球转转速速有有一一长长期期变变化化,则则观观测测位位置置与与计计算算位位置置不不吻合吻合,它的主要效应是引起黄

21、经偏差。它的主要效应是引起黄经偏差。第三十八页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l日长变化的证据日长变化的证据古代天文资料古代天文资料 古代天文资料很多古代天文资料很多,如古月掩星如古月掩星,古日食等。古日食等。月球黄经偏差曲线月球黄经偏差曲线月球黄经偏差曲线月球黄经偏差曲线 月月月月亮亮亮亮、太太太太阳阳阳阳、水水水水星星星星的的的的黄黄黄黄经经经经偏偏偏偏差差差差曲曲曲曲线线线线十十十十分分分分相相相相似似似似。这这这这说说说说明明明明地地地地球球球球自自自自转转转转速速速速度度度度的的的的变变变变化化化化,可可可可能能能能是是是是它它它它们们们们出出

22、出出现现现现轨道偏差的共同原因。轨道偏差的共同原因。轨道偏差的共同原因。轨道偏差的共同原因。第三十九页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l日长变化的证据日长变化的证据古代天文资料古代天文资料 古代天文资料古代天文资料,如古月掩星如古月掩星,古日食（天再旦）等。古日食（天再旦）等。地球在均匀减速,日长在逐渐增加,使得观测结果与根据引力理论计算的结果相差很大：预计地点与观测地点可相差好几十度(黄经)；预计时间与观测时间可相差几个小时。诗经中详细记载了发生在公元前776年9月6日的日食：“十月之交，朔日辛卯，日有食之。”第四十页，本课件共有79页第二节第二节 地

23、球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l日长变化的证据日长变化的证据（2）现代天文观测）现代天文观测地球自转角速度变化率曲线图地球自转角速度变化率曲线图地球自转角速度变化率曲线图地球自转角速度变化率曲线图 第四十一页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l日长变化的证据日长变化的证据（3）古生物化石）古生物化石 由古化石资料得到的地质时期内的月长变化曲线由古化石资料得到的地质时期内的月长变化曲线由古化石资料得到的地质时期内的月长变化曲线由古化石资料得到的地质时期内的月长变化曲线 第四十二页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态

24、日长变化综合研究结果：日长变化综合研究结果：第四十三页，本课件共有79页地地球球按按照照一一定定的的轨轨道道绕绕太太阳阳运运动动，称称为为公公转转。地地球球公公转转方方向向是是自自西西向向东东。地地球球公公转转的的周周期期为为一一年年。地地球球公公转转速速度度在在近近日日点点最最大大，在在远远日日点点时时最最小小。太太阳阳光光线线直直射射的的范范围围在在2327N和和2327S之间作周期性变动，从而形成了春夏秋冬四季的更替。之间作周期性变动，从而形成了春夏秋冬四季的更替。地地球球公公转转轨轨道道是是一一个个椭椭圆圆，太太阳阳位位于于椭椭圆圆的的两两个个焦焦点点之之一一。椭椭圆圆的的最最长长直直

25、径径叫叫长长轴轴，最最短短直直径径叫叫短短轴轴。长长短短轴轴之之差差称称为为焦焦点点距距。1/21/2焦焦点点距距与与半半长长轴轴之之比比，称称为为椭椭圆圆偏偏心心率率。偏偏心心率率愈愈接接近近于于零零，椭椭圆圆即即愈愈接接近近圆圆形形。地地球球轨轨道道偏偏心心率率约约为为0.0170.017（或（或1/601/60）。）。第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球的公转地球的公转第四十四页，本课件共有79页角动量守恒角动量守恒使地球自转轴的方向在空间保持不变使地球自转轴的方向在空间保持不变,因而产因而产生了季节变化生了季节变化.北北南南北北南南第二节第二节 地球在空间的运动

26、状态地球在空间的运动状态l地球的公转地球的公转第四十五页，本课件共有79页l地球的公转地球的公转第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态第四十六页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球的公转地球的公转第四十七页，本课件共有79页第二节第二节 地球在空间的运动状态地球在空间的运动状态l地球的公转地球的公转第四十八页，本课件共有79页第四十九页，本课件共有79页第三节第三节 地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动常平架回转仪常平架回转仪常平架回转仪常平架回转仪 第五十页，本课件共有79页第五十一页，本课件共有79页l地轴方向相对于空间的变

27、化（岁差和章动）地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）地地球球自自转转轴轴在在空空间间的的变变化化，是是日日月月引引力力的的共共同同结结果果。假假设设月月球球的的引引力力及及其其运运行行轨轨道道是是固固定定不不变变的的,由由于于日日、月月等等天天体体的的影影响响，地地球球的的旋旋转转轴轴在在空空间间围围绕绕黄黄极极发发生生缓缓慢慢旋旋转转，类类似似于于旋旋转转陀陀螺螺，形形成成一一个个倒倒圆圆锥锥体体（见见下下图图），其其锥锥角角等等于于黄黄赤赤交交角角=23.5 ，旋旋转转周周期期为为25800年年，这这种种运运动动称称为为岁岁差差，是是地地轴轴方方向向相相对对于于空空间间的的长长周周期期运

28、运动动。岁岁差差使使春春分分点点每每年年向向西西移移动动50.3。第三节第三节 地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动第五十二页，本课件共有79页第五十三页，本课件共有79页地球进动第五十四页，本课件共有79页第五十五页，本课件共有79页第五十六页，本课件共有79页Earths precession (period 26,000 yr)地球的地球的进动进动(Earths Precession)現時現時进动进动13,000 年年后后地球地球太陽太陽第五十七页，本课件共有79页 =0Perfect sphere 正球体正球体Oblate spheroid 扁扁球球体体 =0第五十八页，本课件

29、共有79页地球的地球的进动进动(Earths Precession)岁差、章动导致春分点位置发生变化岁差、章动导致春分点位置发生变化第五十九页，本课件共有79页第三节第三节 地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动l欧拉方程第六十页，本课件共有79页 月球绕地球旋转的轨道称为白道，月球运行的月球绕地球旋转的轨道称为白道，月球运行的轨道与月的之间距离是不断变化的，使得月球引力轨道与月的之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致北天极在天产生的大小和方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆，而是类似球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆，而是类似

30、圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加周期为叠加周期为18.6年，且振幅为年，且振幅为9.21的的短周期运动短周期运动。这种现象称为这种现象称为章动。章动。第三节第三节 地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动l地轴方向相对于空间的变化地轴方向相对于空间的变化l章动章动(Earths Nutation)第六十一页，本课件共有79页章动第六十二页，本课件共有79页第六十三页，本课件共有79页l进动和章动产生的物理依据：进动和章动产生的物理依据：地球不是是正球体；地球不是是正球体；赤道面与太阳轨道平面黄道面不重合月球轨道平赤道面与太阳轨道平

31、面黄道面不重合月球轨道平面面(白道面白道面)不重合；不重合；赤道面与太阳轨道平面赤道面与太阳轨道平面(黄道面黄道面)及月球轨道平面及月球轨道平面(白道白道面面)不重合。不重合。第三节第三节 地球自转轴在空间的运动地球自转轴在空间的运动第六十四页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l观观测测发发现现，地地球球的的表表面面的的地地理理坐坐标标是是随随时时间间而而变变的的，而而地地球球瞬瞬时时自自转转轴轴位位置置的的变变化化是是最最主主要要的的原原因因。即即地地球球自自转转轴轴在在地球本体内也要发生变化地球本体内也要发生变化极移极移。l自自由由极极移移（钱钱德

32、德勒勒极极移移）、周周年年极极移移（季季节性气象变化）、其他极移。节性气象变化）、其他极移。l地地极极移移动动不不改改变变天天极极在在空空间间的的取取向向，它它只只影响地面各点的地理经纬度。影响地面各点的地理经纬度。第六十五页，本课件共有79页第六十六页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l欧拉章动欧拉章动 刚体地球的自由运动叫做欧拉(自由)章动。外力矩为零时，欧拉方程为：由最后一式可知由最后一式可知 3为常数，即：为常数，即：3=第六十七页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l欧拉章动欧拉章动 将将 3=其代入前

33、两式其代入前两式,得：得：其中其中第六十八页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l欧拉章动欧拉章动 将上式的第二式乘以将上式的第二式乘以i,然后与第一式相加然后与第一式相加,可得其解为：可得其解为：其中其中K,是实常数。是实常数。此此 式式 表表 明明,地地 球球 自自 转转 角角 速速 度度 在在 赤赤 道道 面面 上上 的的 投投 影影 的的 数数 值值 是是 不不 变变 的的 ，并并以以角角速速度度 在在赤赤道道面面上上旋旋转转。而而 3也也保保持持不不变变,即即向向量量 的的数数值值不不发发生生变变化化,但但以以角角速速度度 绕绕轴轴x3等等速速

34、转转动动。其其转转动动周周期为：期为：因为因为 为为2(恒星日恒星日)-1,(C-A)/A=1/305,可可得得 0=305恒星日恒星日,即转动轴绕着形状轴以即转动轴绕着形状轴以305恒恒星日星日,即大约即大约10个月的周期旋转。个月的周期旋转。第六十九页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l钱德勒晃动（钱德勒晃动（Earths Wobble)1891年钱德勒(S.C.Chandler)发现了周期为425-440恒星日的变化，这个周期约14个月的运动就是真实地球的自由章动，称为钱德勒晃动钱德勒晃动。对于变形地球的晃动周期c,可以写成(傅承义,1985)：

35、弹弹性性变变形形使使自自由由章章动动周周期期变变长长。根根据据傅傅承承义义先先生生的的公公式式,设设k(勒勒夫夫数数)=0.30,可可得得 c=448恒恒星星日日。地地幔幔的的弹弹性性可可使使自自由由章章动动的的周周期期延延长长约约120天天；地地球球的的液液体体外外核核使使这这个个周周期期略略为为缩缩短短；潮潮汐汐摩摩擦擦作作用用又使之增又使之增长长。实测钱实测钱德勒晃德勒晃动动的周期在的周期在425440恒星日之恒星日之间间。第七十页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动 地地球球转转动动轴轴相相对对于于形形状状轴轴的的运运动动可可以以从从纬纬度度变变

36、化化中中反反映映出出来来。通通过过纬纬度度变变化化资资料料的的功功率率谱谱分分析析可可以以得得到到两两个个峰峰,一一个个在在437日日,一一个个在在365日日。前前者者即即钱钱德德勒勒周周期期,相相当当于于k=0.284,在在目目前前用用固固体体潮潮确确定定k 值值的的精精度度范范围围内内,这这个个数数值值和和上上面面取取的的0.30是是一一致致的的。后后者者是是一一种种周周年年变变化化,振振幅幅约约为为0.09,由由大大气气的的流流动动、降降雪雪量量的的变变化化、地地下下水水、海海水水的的流流动动等等季季节节性性变变化化引引起起的的。此此外外,还还包包含含有有半半年年变变化化的的成成份份,其

37、其振振幅幅只只约约为为0.01。第七十一页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l纬度观测原理纬度观测原理 发发生生岁岁差差（进进动动）和和章章动动时时，地地球球转转动动轴轴和和形形状状轴轴的的相相对对位位置置不不变变，但但它它们们的的方方向向在在空空间间中中发发生生变变化化，此此时时恒恒星星的的赤赤纬纬发发生生变变化化，而而地地面面纬纬度度不不变变；晃晃动动是是转转动动轴轴相相对对于于形形状状轴轴的的摆摆动动（表表现现为为地地极极在在地地面面的的移移动动），此此时时恒恒星星的的赤赤纬纬不不发发生生变变化化，而而地地面面纬纬度度改改变变。因因而而，可可通通

38、过过测测量量恒恒星星的的赤赤纬纬,观观测测岁岁差差和和受受迫迫章章动动；通通过过测测量量纬纬度度,观观测测到到转转动动轴轴相相对对于于形状轴的摆动形状轴的摆动。第七十二页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l l纬度观测原理纬度观测原理纬度观测原理纬度观测原理l l天体的上下中天天体的上下中天天体的上下中天天体的上下中天 天体过天天体过天子午子午圈圈叫叫“中天中天”，天，天体周日视运动中，体周日视运动中，每天两次过中天：每天两次过中天：位置最高（地平高位置最高（地平高度）叫度）叫上中天上中天；位；位置最低叫置最低叫下中天下中天。第七十三页，本课件共有79

39、页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l纬度观测原理纬度观测原理由图可见：则：可可见见，通通过过观观测测恒恒星星上上下下中中天天的的天天顶顶距距，可可以以同同时时确确定定观观测测点点纬纬度度()和和恒恒星星余余赤赤纬纬()，是是测测定定纬纬度和恒星赤纬的基本方法度和恒星赤纬的基本方法。第七十四页，本课件共有79页l地极移动地极移动第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动地地球球自自转转轴轴存存在在相相对对于于地地球球体体自自身身内内部部结结构构的的相相对对位位置置变变化化，从从而而导导致致极极点点在在地地球球表表面面上上的的位位置置随随时时间间而而变变化

40、化，这这种种现现象象称称为为极极移移。某某一一观观测测瞬瞬间间地地极极所所在在的的位位置置称称为为瞬瞬时时极极，某某段段时时间间内内地地极极的的平平均均位位置置称称为为平平极极。地地球球极极点点的的变变化化，导导致地面点的纬度发生变化。致地面点的纬度发生变化。天天文文联联合合会会(IAU)和和大大地地测测量量与与地地球球物物理理联联合合会会(IUGG)建建议议采采用用国国际际上上5个个纬纬度度服服务务站站以以19001905年年的的平平均均纬纬度度所所确确定定的的转转动动极极的的平平均均位位置置作作为为基基准准点点，通通常常称称为为国国际际协协议原点议原点CIO(Conventional In

41、ternational Origin)。第七十五页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l极移极移设某纬度观测点对O点的地理坐标为(s,s),对地极P的地理坐标为(,),于是,在该点测得的纬度变化为 极点P相对于参考点O的位置为(x,y)。极点位置坐标(x,y)与测点的地理位置(s,s)和测得的纬度变化s,有如下关系：可以通过纬度站(s,s),由测量纬度变化s,通过最小二乘法确定极点的位置(x,y)。第七十六页，本课件共有79页公告公告A A提供了极移的当前解及其预报值，用于实时的观测提供了极移的当前解及其预报值，用于实时的观测等用途，可通过匿名等用途，可

42、通过匿名ftpftp获得；公报获得；公报B B提供了极移的标准提供了极移的标准解，可用于科学和地球自转的长期分析等用途，每个月解，可用于科学和地球自转的长期分析等用途，每个月月初通过匿名月初通过匿名ftpftp和互联网更新发布。和互联网更新发布。可从可从国际地球自转服务机构国际地球自转服务机构（IERSIERS）公告公告A A或公告或公告B B中得到以中得到以天天为间为间隔极移坐隔极移坐标标ftp:/maia.usno.navy.mil/ser7，http:/maia.usno.navy.mil/http:/hpiers.obspm.fr/eop-pc/，hpiers.obspm.fr or 145.238.100.28第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动第七十七页，本课件共有79页第四节第四节 地球自转轴在地面的运动地球自转轴在地面的运动l钱德勒晃动的衰减与激发钱德勒晃动的衰减与激发 地球内部角动量的再分布引起钱德勒晃动,同时也引起转速的变化；大地震激发 地核和地幔的扁率不同,它们在旋进时产生运动上的差异,造成较大的电磁效应,激发极移 第七十八页，本课件共有79页 本章结束！本章结束！第七十九页，本课件共有79页