地球歲差公轉(zhuǎn)極移及空間直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換介紹

1、 地球歲差公轉(zhuǎn)極移及空間直角坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換介紹摘要：歲差、章動(dòng)、極移與地軸在空間的指向、與地球體的相對關(guān)系、地球繞地軸的旋轉(zhuǎn)速度不斷變化有關(guān)。人們根據(jù)在不同方面應(yīng)用的需要建立了多種坐標(biāo)系，坐標(biāo)系間彼此聯(lián)系，可以相互轉(zhuǎn)化。關(guān)鍵詞：歲差 章動(dòng) 極移 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 一、歲差 地球是一個(gè)橢圓球體,而非正球體,赤道部分較為突出,兩極則稍扁,太陽和月亮對赤道突出部分的吸引力大,使地軸繞黃極緩慢移動(dòng),因而表分點(diǎn)沿黃道以每年5024的速度西移,大概要26000年移動(dòng)一周,這即為歲差。 - 來源：中華文明實(shí)錄 由于太陽和月亮的引力對地球赤道的作用,使地軸在黃道軸的周圍作圓錐形的運(yùn)動(dòng),慢慢地向西移動(dòng),約二萬

2、六千年環(huán)繞一周,同時(shí)使春分點(diǎn)以每年50.2角秒的速度向西移行,這種現(xiàn)象叫做歲差。 - 來源：漢語倒排詞典 太陽在黃道上每經(jīng)過一個(gè)回歸年的運(yùn)行,比回到一年前的起點(diǎn)要差一段微小的距離,因此冬至點(diǎn)每年要向后(西)移動(dòng)。這就是“歲差”。 - 來源：諸子百家大辭典 天文學(xué)的基本概念之一。指由于春分點(diǎn)沿黃道緩慢西移(每年約50.2),而使回歸年比恒星年短的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因是:日、月、行星對地球赤道凸出部質(zhì)量的吸引,造成地軸(天軸)的進(jìn)動(dòng),即地軸繞通過黃極的軸線按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),造成平天極繞黃極沿著一個(gè)小圓在約26000a中順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一周,從而使天赤道、春分點(diǎn)位置發(fā)生變化。日、月引力造成的歲差稱為日月歲

3、差;行星引力造成的歲差稱為行星歲差;二者合稱為總歲差。歲差使天體在天球上的平位置發(fā)生改變，主要分量是沿黃經(jīng)方向每年約增加50.2。在不同歷元,春分點(diǎn)位置不同,同一恒星坐標(biāo)值也不同;需把恒星位置化為屬于所需的某一春分點(diǎn)的位置,即加上歲差改正。設(shè)(0,0)為天體相對于t0時(shí)的平赤道坐標(biāo),(1,1)為相對于t1時(shí)的平赤道坐標(biāo),則歲差改正為 式中=t1-t0,m= cos -,n=sin ,為日月歲差造成的平春分點(diǎn)在黃道上的運(yùn)動(dòng)速度,=50.3708+0.0050T,為行星歲差造成的平春分點(diǎn)在赤道上的運(yùn)動(dòng)速度,=0.1247-0.0188T.T為從1900.0年起算的回歸世紀(jì)數(shù).設(shè)某一瞬間的儒略日為J

4、D,則對應(yīng)的T為 T=JD .當(dāng)間隔較長時(shí),則需計(jì)及歲差改正的二次項(xiàng)及三次項(xiàng).- 來源：數(shù)學(xué)辭海第五卷 由于地球非勻質(zhì)圓球,赤道周圍有多余物質(zhì)環(huán),且存在黃、赤交角,日、月、行星的引力作用,造成地軸進(jìn)動(dòng),引起春分點(diǎn)沿黃道向西移動(dòng),每年約5024,約25800年運(yùn)行一圈,從而使回歸年比恒星年短0.01416天。其中,日、月引力造成天赤道面變化,而使春分點(diǎn)移動(dòng)的分量稱為“日月歲差”;行星引力造成黃道面變化而使春分點(diǎn)移動(dòng)的分量稱“行星歲差”。兩者之和稱為“總歲差”。歲差造成所有恒星的平位置隨時(shí)間變化,主要分量是沿黃經(jīng)方向每年增加5024的數(shù)值,約71.66年為1。- 來源：中國歷史大辭典上卷 指地球自

5、轉(zhuǎn)軸長期進(jìn)動(dòng),引起春分點(diǎn)沿黃道西移,致使回歸年短于恒星年的現(xiàn)象。其原因是地球是一橢球體,赤道部分隆起;赤道面與黃道面不相重合。日月和其它行星對其赤道隆起部分施以附加引力,引起赤道面傾向的變化,即地軸進(jìn)動(dòng)。其結(jié)果,造成春分點(diǎn)沿黃道每年西移約50.2,約25,800年移動(dòng)一周。它使回歸年略短于恒星年,中國古代稱之為“歲差”。只是由日月的作用引起春分點(diǎn)西移并不改變黃赤交角,稱為“日月歲差”;由其它行星作用則同時(shí)改變黃赤交角,稱為“行星歲差”。二者的合量稱為“總歲差”。- 來源：地學(xué)辭典 在日、月、行星引力作用下, 地球自轉(zhuǎn)軸的長周期變化進(jìn)動(dòng) (如圖1)。在天球上歲差表現(xiàn)為天極繞黃極運(yùn)動(dòng), 春分點(diǎn)沿著

6、黃道向西移動(dòng) (移動(dòng)速度50.3/年, 約26 000 年運(yùn)行一周), 造成回歸年短于恒星年的現(xiàn)象, 歲差由此而得名?？煞譃槿赵職q差和行星歲差。前者是由于日、月引力造成地球赤道面的變化, 而使春分點(diǎn)移動(dòng)部分; 后者是由于行星引力造成地球公轉(zhuǎn)軌道面的變化, 而使春分點(diǎn)移動(dòng)部分。歲差使天球坐標(biāo)系隨時(shí)間變化, 導(dǎo)致恒星坐標(biāo)隨時(shí)間變化, 但因變化量小, 只在精確測定恒星位置時(shí)才考慮。歲差引起北天極在恒星間位置隨時(shí)間變化, 通過長期天文觀測, 人們已知道北天極在恒星間的位置變化 (如圖2)。根據(jù)我國古書記載。公元前3000年時(shí)北天極是紫微坦右樞星 (天龍星), 現(xiàn)在北天極在小熊座星附近, 2100年以后

7、, 北天極將離開現(xiàn)在的北極星, 預(yù)計(jì)到公元7000年時(shí), 仙王座星將成為北極星。黃經(jīng)總歲差P是天文常數(shù)系統(tǒng)中一個(gè)重要常數(shù), 它是日、月歲差和行星歲差在一世紀(jì)中引起的春分點(diǎn)沿黃道總的位移量, 現(xiàn)在取值為P=5 029.0966/儒略世紀(jì)。 圖1 地軸進(jìn)行圖2 北極星的變遷- 來源：中國成人教育百科全書地理環(huán)境 由于地軸的長期進(jìn)動(dòng)(周期為25800年,伴有地極繞黃極的圓周運(yùn)動(dòng)),使春分點(diǎn)沿黃道以每年約50.2角秒的速度緩慢西移,因而出現(xiàn)的一種回歸年短于恒星年的現(xiàn)象。包括“日月歲差”和“行星歲差”兩部分。因地球形狀和密度的非球?qū)ΨQ性,并且黃道和赤道有一約2326的夾角,所以在日、月、行星的引力作用下

8、會(huì)產(chǎn)生地軸進(jìn)動(dòng)。 - 來源：中國百科大辭典 太陽在一個(gè)回歸年的時(shí)間內(nèi),并未回歸到原來冬至點(diǎn)的位置,每歲均差一點(diǎn)。東晉虞喜約在咸和五年(330)發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象,把它稱之歲差。歲差之值雖小(今測值為每71.6年退行1度,每年差50.3角秒,約20多分鐘),逐年積累會(huì)引起冬至以及其他節(jié)氣時(shí)刻的改變,影響到歷法的正確性。- 來源：中國古代典章制度大辭典 冬至點(diǎn)或春分點(diǎn)每年太陽西移現(xiàn)象及西移值。因日月吸引地球赤道隆起部分、地球自轉(zhuǎn)軸方向發(fā)生變化而引起。- 來源：中國古代文化知識辭典 地球自轉(zhuǎn)軸的長周期旋轉(zhuǎn)中,使春分點(diǎn)在空間的位置沿黃道向西緩慢運(yùn)行的現(xiàn)象。其速度為50.2564角秒年-1, 約25800年運(yùn)

9、行一周,并使回歸年比恒星年短。主要因太陽、月球和行星對地球赤道突出部分的吸引,使地球自轉(zhuǎn)軸方向發(fā)生變化而造成。中國最早是由晉代天文學(xué)家虞喜, 根據(jù)冬至日恒星的中天觀測,于公元330年獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。由于歲差,當(dāng)太陽連續(xù)兩次通過春分點(diǎn)時(shí),實(shí)際上地球在黃道上并未繞完一周。 1976年第16屆國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì), 通過對于標(biāo)準(zhǔn)歷元2000年的新歲差常數(shù)值為P=5029.0966角秒 (百年)-1。- 來源：地震詞典 太陽和月亮的引力使地軸在黃道軸的周圍作圓錐形的運(yùn)動(dòng),慢慢向西移動(dòng),約2.6萬年環(huán)繞一周,同時(shí)使春分點(diǎn)以每年50.2秒的速度向西移的現(xiàn)象。- 來源：漢語同韻大詞典 由于地軸的進(jìn)動(dòng),春分點(diǎn)沿黃道西

10、移,回歸年稍短于恒星年。春分點(diǎn)每年西移50,回歸年相應(yīng)地比恒星年短0.0142日,即20分24秒。這一差值,中國古稱歲差,即周歲與周天之差。- 來源：現(xiàn)代地理科學(xué)詞典 由于太陽和月亮的引力對于地球赤道的微小影響,使地軸在黃道軸的周圍作圓錐形運(yùn)動(dòng),慢慢向西移動(dòng),約二萬六千年環(huán)繞一周,同時(shí)使春分點(diǎn)以每年50.2角秒的速度向西移行。這種現(xiàn)象叫做歲差。- 來源：現(xiàn)代漢語大詞典上冊 二、章動(dòng) 在物理學(xué)中指物體的自轉(zhuǎn)軸繞另一軸線(稱“進(jìn)動(dòng)軸”)旋轉(zhuǎn)時(shí),自轉(zhuǎn)軸發(fā)生的擺動(dòng)現(xiàn)象。在天文學(xué)中指地球自轉(zhuǎn)軸繞黃道軸旋轉(zhuǎn)時(shí),地球自轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的擺動(dòng)現(xiàn)象。太陽和月球有時(shí)在赤道面之南,有時(shí)又在赤道之北,因而對地球的引力方向也不

11、斷改變。由于日、月等天體特別是月球?qū)Φ厍虺嗟劳怀霾糠值奈饔?在地軸繞黃極的運(yùn)動(dòng)為26 000年的長期進(jìn)動(dòng)(即“歲差”)中,還存在許多周期不同、振幅各異的微小變幅,其中在它的平均位置上附加了一種短周期的擺動(dòng),即周期小于或等于月球交點(diǎn)周期18.61年,振幅為9.211(稱為“章動(dòng)常數(shù)”)的擺動(dòng),稱為章動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)形態(tài)表現(xiàn)為沿地球進(jìn)動(dòng)圓形軌道作波浪式的曲線運(yùn)為。章動(dòng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為黃經(jīng)章動(dòng)和交角章動(dòng),按周期可分為太陽章動(dòng)、月球章動(dòng)和每月章動(dòng)。- 來源：地震學(xué)辭典 天文學(xué)的基本概念之一.地軸進(jìn)動(dòng)時(shí)伴隨的許多短周期的擺動(dòng)稱為章動(dòng),其中最主要的擺動(dòng)周期是18.6a.章動(dòng)使天體坐標(biāo)發(fā)生微小變化.設(shè)某一瞬間

12、天體的平赤道坐標(biāo)為(0,0),真赤道坐標(biāo)為(,),章動(dòng)對天體黃經(jīng)的影響為,對黃赤交角的影響為,對天體黃緯沒有影響,則 =-(17.2327+0.01737)sin +(0.2088+0.00002T)sin 2 -(1.2729+0.00013T)sin2L+, =-(9.210+0.00091T)cos -(0.0904-0.00004T)cos2 +(0.5522-0.00029T)cos2L+, 式中為白道升交點(diǎn)的平黃經(jīng),自瞬時(shí)平春分點(diǎn)起算,L為太陽幾何平黃經(jīng),T為自1990年1月0.5日歷書時(shí)起算的儒略世紀(jì)數(shù).- 來源：數(shù)學(xué)辭海第五卷 地球自轉(zhuǎn)軸繞黃軸運(yùn)動(dòng)時(shí)伴隨的許多短周期的微小變化。

13、其中主要表現(xiàn)是地球自轉(zhuǎn)軸同黃軸(進(jìn)動(dòng)軸)的交角發(fā)生周期性的變化。其原因是由于白道同黃道的交點(diǎn)沿黃道西移,使月球赤緯發(fā)生周期性的變化,從而使地球自轉(zhuǎn)軸周期性地繞其平均位置作橢圓運(yùn)動(dòng),這個(gè)周期為18.6年,橢圓半長軸為9.2。另外,由于日地距離和月地距離等變化,也會(huì)對地軸造成多種周期性的振動(dòng)。- 來源：地學(xué)辭典 在日、月、行星引力作用下, 地球自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)過程中短周期的擺動(dòng)。在天球上, 歲差表現(xiàn)為天極繞黃極運(yùn)動(dòng)的一種平均運(yùn)動(dòng), 而章動(dòng)則是這種平均運(yùn)動(dòng)的附加擺動(dòng)。由若干個(gè)周期運(yùn)動(dòng)疊加而成, 其中最大擺動(dòng)周期18.6年, 振幅9.210。這是由于月球?qū)Φ厍蛭ψ兓斐傻?。如只考慮這個(gè)最大擺動(dòng)周期, 則

14、擺動(dòng)引起天極相對平均運(yùn)動(dòng)位置的變化軌跡為一橢圓, 橢圓半長軸為9.210, 半短軸為6.9。由于章動(dòng)造成天極、天赤道、春分點(diǎn)隨時(shí)間變化, 因此由它們所定義的天球坐標(biāo)系隨時(shí)間變化, 所有恒星坐標(biāo)也都隨時(shí)間變化。章動(dòng)常數(shù)為9.210是一個(gè)重要天文常數(shù)。- 來源：中國成人教育百科全書地理環(huán)境 地軸在長期進(jìn)動(dòng)的同時(shí)所具有的各種短周期微小運(yùn)動(dòng)的總稱。章動(dòng)時(shí),天極伴有繞其平均位置的周期擺動(dòng)。章動(dòng)的主要原因是月球的真實(shí)軌道面白道面位置的變化。主要章動(dòng)周期為18.6年。歲差和章動(dòng)共同作用的結(jié)果,使天極在天球上繞黃極作波狀運(yùn)動(dòng)。- 來源：中國百科大辭典 轉(zhuǎn)動(dòng)物體發(fā)生進(jìn)動(dòng)時(shí),其自轉(zhuǎn)軸繞進(jìn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn), 同時(shí)自轉(zhuǎn)軸和進(jìn)

15、動(dòng)軸之間的夾角也會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。因地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng),等于或小于月球交點(diǎn)周期(18.6年) 的短周期微小變化的總稱。由許多周期不同,振幅各異的變化力組成,其中主項(xiàng)依賴于月球升交點(diǎn)黃經(jīng),振幅約9.210,常稱為 “章動(dòng)常數(shù)”,是由英國天文學(xué)家布拉德萊(James Bradley, 16931762) 于1747年發(fā)現(xiàn)的。 1976年第16屆國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)通過的章動(dòng)常數(shù)值為9.2109,并規(guī)定從1984年起全世界統(tǒng)一采用。章動(dòng)可分為黃經(jīng)章動(dòng)、交角章動(dòng)、自由章動(dòng)和受迫章動(dòng)等。是轉(zhuǎn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的特征。天體運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的章動(dòng)是天體力學(xué)、地球物理學(xué)等研究的內(nèi)容之一。- 來源：地震詞典 在地球的自轉(zhuǎn)軸的

16、指向繞黃道極緩慢旋轉(zhuǎn)過程中,由于地球上物質(zhì)分布不均勻性和月球及其他行星的攝動(dòng)力造成輕微抖動(dòng)。- 來源：現(xiàn)代地理科學(xué)詞典 旋轉(zhuǎn)的物體伴隨進(jìn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)軸和進(jìn)動(dòng)軸之間的夾角發(fā)生的變化。在天文學(xué)上指地球自轉(zhuǎn)軸繞黃道軸旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的許多短周期的微小變化。- 來源：現(xiàn)代漢語大詞典下冊 三、極移 極地遷移的簡稱。指旋轉(zhuǎn)的地極和磁極隨時(shí)間變化在地面的移動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方式有兩種:第一種是周期性的運(yùn)動(dòng),北極呈反時(shí)針方向運(yùn)動(dòng),南極順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。極移周期又有兩種:周期約為12月,振幅約為0.1,沿著一長軸約4m的橢圓運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)與地球上的洋流、大氣環(huán)流等大規(guī)模季節(jié)性變化有關(guān);周期為14個(gè)月,振幅約為0.2,沿著半徑約7 m

17、的圓周運(yùn)動(dòng),又稱張德勒運(yùn)動(dòng),其周期稱張德勒周期,這種運(yùn)動(dòng)與地球內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。第二種是長期性漂移。其中又分兩種:長期漂移。據(jù)國際緯度站1900年以來的觀測資料,得出地極存在著大小約為0.003/a、方向沿著西經(jīng)81.5的線性漂移。極移的最大幅度不超過0.4,在24 m2的范圍內(nèi)移動(dòng)。由于極移,地球各地的緯度、經(jīng)度和離心力發(fā)生顫動(dòng)式變化,并影響到地殼運(yùn)動(dòng)。由于地球內(nèi)部的不穩(wěn)定性,極移軌跡不是平滑的螺旋曲線,常有突然轉(zhuǎn)折。緩慢的長期極移基本上是沿一徑圈向一相對比較固定的方向移動(dòng),其移動(dòng)速率約為10 cm/a。其原因目前尚未有十分肯定的結(jié)論。- 來源：地震學(xué)辭典 天文地球動(dòng)力學(xué)術(shù)語.地球瞬時(shí)自轉(zhuǎn)

18、軸在地球本體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)造成地極沿地面的移動(dòng),稱為極移.1765年,瑞士數(shù)學(xué)家歐拉(Euler,L.)在地球?yàn)閯傮w的假定下,從理論上預(yù)言極移的存在.1888年,德國天文學(xué)家屈斯特納(Kstner, K.F.)才從實(shí)測緯度變化中發(fā)現(xiàn)極移.1891年,美國天文學(xué)家張德勒(Chandler,S.C.)進(jìn)一步指出:地極移動(dòng)中主要有兩種周期,一個(gè)是周期約為14個(gè)月、振幅為0.10.3的張德勒周期,這是非剛體地球的自由擺動(dòng);另一個(gè)是周期為1a、振幅約0.1的周年周期,主要是大氣引起的受迫擺動(dòng).此外,還有長期極移和各種短周期的復(fù)雜運(yùn)動(dòng).極移的形成有兩方面因素:其外部因素是日月引力、大氣和海洋的作用;而內(nèi)部因素則

19、與地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān).極移使地球表面各點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和方位角發(fā)生變化,實(shí)測工作中,需根據(jù)極移數(shù)值加以修正.盡管地極移動(dòng)的軌跡異常復(fù)雜,但其移動(dòng)幅度不大,地極在地面上的移動(dòng)范圍不超過(3030)m2.歷史上曾用觀測地面點(diǎn)的緯度變化來研究極移,現(xiàn)代則使用人造衛(wèi)星多普勒觀測以及激光技術(shù)來研究極移.- 來源：數(shù)學(xué)辭海第五卷 地球兩極在地球表面上的位置微小變化。由于地軸在地球內(nèi)的位置有微小移動(dòng)而引起,實(shí)即整個(gè)地球相對于地軸有微小移動(dòng)。因而極移并不改變地軸的空間方向,亦不影響天球兩極的位置和天球坐標(biāo)系的赤經(jīng)赤緯。它卻影響到地理坐標(biāo)系的經(jīng)度和緯度,故可通過緯度變化來測定極移。其原因,一是因冰雪和氣團(tuán)的季節(jié)性分布造成,故有