转轴倾角(行星自转轴与轨道的倾斜角度)
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更新时间:2023-05-31
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转轴倾角是指行星的自转轴相对于轨道平面的倾斜角度,也称为obliguity或轴交角。这个角度是用来描述行星自转轴相对于轨道平面倾斜程度的度量。在天文学中,转轴倾角通常用度数来表示,它的大小对行星的物理特征和演化过程都具有重要的影响。转轴倾角
行星自转轴与轨道的倾斜角度
转轴倾角,是指行星的自转轴相对于轨道平面的倾斜角度,也称为(obliguity)或轴交角(axial inclination)。在天文学,是以自转轴与穿过行星的中心点并垂直于轨道平面的直线之间所夹的角度来表示与度量。
基本信息
中文名 | 转轴倾角 |
别名 | 倾角 |
外文名 | axial inclination |
简介 | 行星自转轴相对于轨道平面的角度 |
倾角
地球的转轴倾角大约是23.44°(23°26’)。虽然在一整年之中转轴倾角都朝着相同的方向,但是因为地球绕着太阳运行,因此原先朝向太阳的半球会逐渐改变成背离太阳的半球,反之亦然。这种作用是造成季节变化的主要原因,无论是那一个半球朝向太阳,那个半球每天的日照时间就会比较长,并且阳光在正午时间触及地面的角度越接近垂直的方向,该地区在单位面积内得到的能量也越多。
低倾斜度造成极区接受到的太阳辐射减少,使得当地的环境有利于冰河作用。就像岁差和离心率的变化一样,转轴倾角的改变也会对季节变化造成重大的影响,只是在大冰河期开始时,转轴倾角的周期对高纬度地区影响特别显著。倾角的变化是一个造成冰河期或间冰期起伏的一个重要因素。
黄赤交角不是一个固定的值,会随着时间而改变。这种变化是很缓慢的,称为章动,精确的测量需要建立在每日数值变化的基础上,而这是天文学家的工作。黄赤交角的变化和春分点的岁差是以相同的理论来计算,并且有相互的关连性。较小的ε意味着有较大的p(黄经岁差),反之亦然。实际上这两种运动不仅是各自独立的,并且在相互垂直的方向上。
测量
从地球表面观察和测量黄赤交角(ε)是天文学上很重要的知识和技能。观察太阳在天球上随着季节变化的位置,可以快速的掌握他的数值。测量在一年之中白天最长和最短的这两天正午太阳的高度差,这个差值是黄赤交角的两倍,在西元前1,000年的中国天文学家就是这样确定黄赤交角的。
太阳一年当中在天球上最北和最南的赤纬就相等于转轴倾角的角度。在一年当中,地球的转轴朝向太阳的那一天也是白天最长的一天,太阳的赤经是+23°26’。一位在赤道上的观测者,在全年的观测中,当三月 (春分) 看见太阳在正午越过头顶的正上方,然后会发现每天正午的太阳逐渐向北移动,直到6月(夏至)离开天顶的角度达到ε度,在9月(秋分)太阳又再回到头顶的正上方,然后在12月(冬至)又距离天顶ε度。
又例如:在纬度50°的观测者(无论南纬或北纬),在一年当中白天最长的那一天测得太阳在正午的高度是63° 26’,但在白天最短的那一天正午测得的高度只有16°34’,两者的差是2ε=46°52’,所以ε=23°26’。
在赤道上,算式将被写成 90° + 23.4394° = 113.4394° 和90° - 23.4394° = 66.5606° (永远从正南方的地平线计算高度。).
数值
地球的偏角变化范围在22.1° — 24.5°之间
太阳系数值模形
依据西蒙·纽康的计算,地球在19世纪末的转轴倾角是23° 27’ 8.26” (1900年的历元),而在望远镜能更精确的测量之前,这也是一般所接受的数值。电子计算机可以进行使更加精确的模型计算,在1976年,Lieske使用改良的模型得到黄赤交角的值ε = 23° 26’ 21.448” (2000年的历元)。
这一部分在2000年已经成为国际天文联合会推荐的简要计算式中的一部分: ε = 84,381.448 − 46.84024 T − (59 × 10) T² + (1,813 × 10) T³,以秒为价算的单位, T是从星历表2000.0历元 (相当于儒略日 2,451,545.0) 起算的儒略世纪 (36,525日)。这个算式也适用纽康的计算数值,以线性的部分可以回推至1900年 (T = -1)。
观察 T的线性部分是负值,所以现在的黄赤交角正在慢慢的减小。这个公式也暗示仅仅是在合理的 T范围内给了ε一个近似值。如果不是这样,当 T趋近于无限时,ε也会趋近无限。根据太阳系数值模形,显示ε有着41,000年的循环周期,与分点岁差一样有个常数值 (虽然不是岁差本身)。
其他的理论模型
长周期变化
ε = A + B sin ( C( T + D)),此处 A = 23.496932° ± 0.001200°, B = − 0.860° ± 0.005°, C = 0.01532 ± 0.0009 径/儒略世纪, D = 4.40 ± 0.10儒略世纪,还有 T'是以2000.0历元为起点的世纪数。
黄赤交角的平均范围从22° 38’ 至 24° 21’,过去的最大值出现在西元前8,700年,均值是在1,500年,而未来的极小值将在11,800年。这个算式应该可以合理的推算过去以及未来数百万年的概略数值。然而这个算式在振幅上表持着相同的数值,但是从米兰科维奇循环的结果是有不规则的变化发生,其所引述的范围是从21° 30’ 至 24° 30’,仅是低值就超越正常的22° 30’达1°之多。
如果我们往回追溯五百万年,黄道面的倾角 (或许更精确地说应该是赤道在黄道上的移动) 会在22.0425° 至24.5044°,但是在未来的一百万年,这个范围只会在22.2289° 至24.3472°之间。