地球公转

地球 公转，即指地球按一定轨道围绕着 太阳 转动。地球公转轨道是一个近似正圈的 椭圆轨道 ，平均半径约为1.5亿千米。地球公转的中心位置不是太阳中心，而是地球和太阳的公共质量中心。

地球 公转 的方向是自西向东，公转周期为一年。因为轨道是椭围的，所以地球在公转过程中与太阳的距离有远近变化，离太阳最近的位置被称为“近日点”，一般在冬至日之后，也就是一月初；离太阳最远的位置被称为“远日点”，一般在夏至日之后，也就是七月初。

地球公转的平面称为 黄道面 。 地球 在 公转 时，地轴是倾斜的，而且倾斜的方向又是不变的，因而一年中在不同的时间、不同的地点，获得 太阳 的光热是不同的，于是便有了四季变化。 地球是个很大的球体，在同一时间里， 纬度 不同的地方，受到阳光照射的情况不同。一年之中，不同纬度的地带获得的太阳光热有多有少，冷热就有差别。人们根据各地获得太阳光热的多少，把地球表面划分为五个带： 热带 、北温带、南温带、北寒带和南寒带。

在地球公转的过程中存在两个明显周期，分别为回归年和 恒星 年，回归年与恒星年的时间不一样。两者一年的时间差称为 岁差 。

周期分类

地球公转的时间是一年。在地球公转的过程中存在两个明显周期，分别为回归年和恒星年。 回归年 是指 太阳 连续两次通过 春分点 的时间间隔，即太阳中心自西向东沿 黄道 从春分点到 春分点 所经历的时间，又称为 太阳年 。 1回归年为365.2422日，即365天5小时48分46秒。 这是根据121个回归年的平均值计算出来的结果。

恒星年是 地球 公转的真正周期，在一个恒星年期间，在 太阳 上看，地球中心从天空中的某一点出发，环绕太阳一周，然后又回到了此点；如果从地球上看，则是 太阳 中心从 黄道 （地球公转轨道面截 天球 所得的圆）上的某一点（某一 恒星 ）出发，运行周天，然后又回到了同一点（同一恒星）。在一个恒星年期间，地球公转360°所需时间约为365日6时9分10秒。

黄赤交角

地球 在其 公转 轨道上的每一点都在相同的平面上，这个平面就是 地球轨道 面。地球轨道面在天球上表现为 黄道面 ，同 太阳 周年视运动路线所在的平面在同一个平面上。 地球 的自转和公转是同时进行的，在 天球 上，自转表现为天轴和 天赤道 ，公转表现为 黄轴 和 黄道 。天赤道在一个平面上，黄道在另外一个平面上，这两个同心的 大圆 所在的平面构成一个23°26′的夹角，这个夹角叫做黄赤交角。

黄赤交角的存在，实际上意味着， 地球 在绕 太阳 公转过程中，自转轴对地球轨道面是倾斜的。由于地轴与天赤道平面是垂直的，地轴与 地球 轨道面交角应是90°——23°26′，即66°34′。地球无论 公转 到什么位置，这个 转轴倾角 是保持不变的。

在地球公转的过程中，地轴的空间指向在相当长的时期内是没有明显改变的。 北极 指向 小熊星座 α星，即 北极星 附近，这就是天北极的位置。也就是说， 地球 在公转过程中地轴是平行地移动的，所以无论地球公转到什么位置，地轴与 地球轨道 面的夹角是不变的， 黄赤交角 是不变的。

黄赤交角的存在，也表明黄极与天极的偏离，即黄北极（或黄 南极 ）与天北极（或天南极）在 天球 上偏离23°26′。

我们所见到的 地球仪 ，自转轴多数呈倾斜状态，它与桌面（代表地球轨道面）呈66°34′的倾斜角度，而地球仪的赤道面与桌面呈23°26′的交角，这就是黄赤交角的直观体现。

由于黄赤交角的影响，使 太阳 直射点以一年为周期在 南北回归线 之间往返移动，在南北回归线之间一年有两次太阳直射，在南北回归线上一年有一次太阳直射，在北回归线以北和 南回归线 以南地区一年中没有太阳直射。

公转速度

地球公转是一种 周期性 的 圆周运动 ，因此，地球公转速度包含着 角速度 和 切向速度 两个方面。如果我们采用 恒星 年作地球公转周期的话，那么地球公转的平均角速度就是每年360°，也就是经过365.2564日地球公转360°，即每日约0.986°，亦即每日约59′8″。 地球轨道 总长度是940,000,000千米，因此，地球公转的 平均线速度 就是每年9.4亿千米，也就是经过365.2564日地球公转了9.4亿千米，即每秒钟29.8千米，约每秒30千米（线速度=940,000,000KM/365天=940,000,000秒/（365x24x3600）秒=29.8千米（近似为30千米/秒）。

依据开普勒行星运动第二定律可知，地球公转速度与 日地距离 有关。地球公转的 角速度 和 切向速度 都不是固定的值，随着日地距离的变化而改变。 地球 在过近日点时， 公转 的速度快，角速度和线速度都超过它们的平均值，角速度为1°1′11″/日，线速度为30.3千米/秒；地球在过远日点时，公转的速度慢，角速度和线速度都低于它们的平均值，角速度为57′11″/日，线速度为29.3千米/秒。地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点，因此，从1月初到当年7月初，地球与太阳的距离逐渐加大，地球公转速度逐渐减慢；从7月初到来年1月初， 地球 与太阳的距离逐渐缩小，地球公转速度逐渐加快。

我们知道， 春分点 和 秋分点 对 黄道 是等分的，如果地球公转速度是均匀的，则视 太阳 由春分点运行到秋分点所需要的时间，应该与视太阳由秋分点运行到春分点所需要的时间是等长的，各为全年的一半。但是，地球公转速度是不均匀的，则走过 相等 距离的时间必然是不等长的。视太阳由春分点经过 夏至 点到秋分点，地球公转速度较慢，需要186天多，长于全年的一半，此时是 北半球 的夏半年和 南半球 的冬半年；视 太阳 由秋分点经过 冬至 点到春分点，地球公转速度较快，需要179天，短于全年的一半，此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。由此可见，地球公转速度的变化，是造成地球上四季不等长的根本原因。

首先了解几个名词：

1.一光年：是指光在真空中一年时间里面走过的距离，注意，光年是 长度单位 。

2.地球 公转 ：我们的地球以每秒29.79公里的速度，沿着一个 偏心率 很小的椭圆绕着 太阳 公转。走完大约约9.4亿公里的一圈路程要花365天又5小时48分46秒，即大约一年。（ 日地平均距离 是1.5亿公里）

3.光在一年时间里面走过的距离与 地球 公转的 周长 之比：由于1光年是光在一年时间里面走过的距离，地球公转周长是地球一年走过的 弧长 ，时间都是一年。所以距离之比就是 光速 300,000km/s和地球公转的速度29.79km/s之比：n=300,000/29.79=10,000倍。

4. 地球 围绕 太阳 公转 一周的距离：此处的距离实际上是 周长 ，一周的 弧长 。我们已经知道地球公转轨道半径1.5亿公里，很容易算出周长的。根据公式s=2×3.14×1.5亿，大约9.4亿公里。

5.根据椭圆 终极理论 公式计算公转 周长 为近似为939901691.151千米（由于 计算机 局限暂时只能精确到此）。

通常所指的 地球 公转是以太阳为参考系的二维平面，而地球在 宇宙 总空间和时间中转行一年的行程，大约117亿公里，轨迹是螺旋状的，2011年的 春分 和2012年的春分，不是 相交 ，而是距离数十亿公里。

公转周期

地球 绕 太阳 公转 一周所需要的时间，就是地球公转周期。 笼统地说，地球公转周期是一“年”。因为太阳周年视运动的周期与地球公转周期是相同的，所以地球公转的周期可以用太阳周年视运动来测得。地球上的观测者，观测到太阳在 黄道 上连续经过某一点的时间间隔，就是一“年”。由于所选取的参考点不同，则“年”的长度也不同。常用的周期单位有 恒星 年、回归年和 近点年 。

恒星年

地球公转的 恒星 周期就是恒星年。 恒星年 是以某一恒星或 星系 作为参照物， 地球 绕日 公转 运动一周的周期。恒星或星系距离我们十分遥远，以致地球无论怎样绕日运动，地轴的空间指向完全可以看作是不变的。在一个恒星年期间，从 太阳 中心上看，地球中心从以恒星为背景的某一点出发，环绕太阳运行一周，然后回到天空中的同一点；从地球中心上看，太阳中心从 黄道 上某点出发，这一点相对于 恒星 是固定的，运行一周，然后回到黄道上的同一点。因此，从地心 天球 的角度来讲，一个 恒星 年的长度就是视太阳中心，在黄道上，连续两次通过同一恒星的时间间隔。

恒星年是以恒定不动的恒星为参考点而得到的，所以它是地球公转360°的时间，是地球公转的真正周期。恒星年长度为365.2564日，即365日6小时9分10秒；回归年长度为365.242199174日，即365日5时48分46秒。

回归年

地球公转的 春分点 周期就是回归年。这种周期单位是以春分点为参考点得到的。在一个回归年期间，从 太阳 中心上看， 地球 中心连续两次过春分点；从地球中心上看，太阳中心连续两次过春分点。从地心 天球 的角度来讲，一个回归年的长度就是视太阳中心在 黄道 上，连续两次通过春分点的时间间隔。

春分点是黄道和天 赤道 的一个交点，它在黄道上的位置不是固定不变的，每年西移50°29，也就是说春分点在以“年”为单位的时间里，是个动点，移动的方向是自东向西的，即 顺时针方向 。而视 太阳 在黄道上的运行方向是自西向东的，即逆时针的。这两个方向是相反的，所以，视 太阳 中心连续两次 春分点 所走的角度不足360°，而是360°—50″.29即359°59′9″.71，这就是在一个回归年期间地球公转的角度。因此，回归年不是地球公转的真正周期，只表示地球公转了359°59′9″.71的角度所需要的时间，用日的单位表示，其长度为365.2422日，即365日5小时48分46秒。

近点年

地球公转的近日点周期就是近点年。这种周期单位是以 地球轨道 的近日点为参考点而得到的。在一个近点年期间， 地球 中心（或视 太阳 中心）连续两次过地球轨道的近日点。由于近日点是一个动点，它在 黄道 上的移动方向是自西向东的，即与地球公转方向（或太阳周年视运动的方向）相同，移动的量为每年11″，所以，近点年也不是地球公转的真正周期，一个近点年地球公转的角度为360°+11″，即360°0′11″，用日的单位来表示，其长度365.2596日，即365日6小时13分53秒。

变化周期

恒星 年是 地球 绕日 公转 360°的真正周期，1恒星年T=365.25636日。只有恒星年才能真实的计算出地球公转的 角速度 和 切向速度 ，所以恒星年具有重要的 天文学 意义。

回归年是 地球 寒暑变化周期，即四季变化的周期，它与人类的生活生产关系极为密切。回归年略短于恒星年，每年短20分24秒，在天文学上称为 岁差 。

春分点 每年西移50″.29而造成岁差现象是地轴 进动 的结果 。

地轴的进动同 地球 的自转、地球的形状、 黄赤交角 的存在以及月球绕 地球公转轨道的特征，有着密切的联系。地轴的进动类似于 陀螺 的旋转轴环绕 铅垂线 的摆动。当急转的陀螺倾斜时，旋转轴就绕着与地面垂直的轴线，画圆锥面，陀螺轴发生缓慢的晃动。这是因为 地球引力 有使它倾倒的趋势，而陀螺本身旋转运动的 惯性 作用，又使它维持不倒，于是便在引力作用下发生缓慢的晃动。这就是陀螺的进动。

地球 的自转，就好像是一个不停地旋转着的庞大无比的大“陀螺”，由于惯性作用，地球始终在不停地自转着。地球自身的形状类似于一个椭球体， 赤道 部分是凸出的，即有一个赤道隆起带。同时，由于 黄赤交角 的存在， 太阳 中心与地球中心的连线，不是经常通过赤道隆起带的。所以，太阳对地球的吸引力，尤其是对于 赤道隆起 带的吸引力，是不平衡的。另外，月球绕 地球 公转的 轨道平面 ，与 黄道面 和 天赤道 面都不重合，与黄道面呈5°9′的夹角，也就是说，地球中心与月球中心的连线，也不是经常通过赤道隆起带。所以，月球对 地球 的吸引力，尤其是对赤道隆起带的吸引力，也是不平衡的。据 万有引力 定律， F1 >F2。

日月的这种不平衡吸引力，力图使赤道面与 地球轨道 面相重合，达到平衡状态。但是， 地球自转 的 惯性 作用，使其维持这种倾斜状态。于是， 地球 就在月球和 太阳 的不平衡的吸引力共同作用下产生了摆动，这种摆动表现为地轴以黄轴为轴做 周期性 的圆锥运动，圆锥的半径为23°26′，即等于 黄赤交角 。地轴的这种运动，称为 地轴 进动 。地轴进动方向为自东向西，即同地球自转和 公转 方向 相反，而 陀螺 的进动方向与自转方向是一致的。

这是因为陀螺有“倾倒”的趋势，而地轴有“直立”的趋势。

地轴进动的速度非常缓慢，每年进动50″.29，进动的周期是25，800年。

由于地轴的进动，造成 地球 赤道面在空间的倾斜方向发生了改变，引起 天赤道 相应的变化，致使天赤道与 黄道 的交点—— 春分点 和 秋分点 ，在黄道上相应地移动。移动的方向是自东向西的，即与地球公转方向相反，每年移动的角度为50″。29。因此，年的长度，以春分点为参考点周期单位要比以恒定不动的 恒星 为参考点的周期单位略短，这就是产生 岁差 的原因。

由于地轴的 进动 ，造成 地球 的南北两极的空间指向发生改变，使天极以25800年为周期绕黄极运动。所以，天 北极 和天 南极 在 天球 上的位置也是在缓慢地移动着。 北极星 在公元前3000年曾是 右枢 星，北极星在 小熊座 α星 附近，到了公元7000年，移到 仙王座 α星附近，到公元14,000年， 织女一 将成为北极星。

由于地轴进动造成天极和 春分点 在天球上的移动，以其为依据而建立起来的 天球 坐标系 也必然相应地变化。对 赤道 坐标系来说， 恒星 的 赤经 和 赤纬 要发生变化，对 黄道 坐标系来说，恒星的 黄经 要发生改变。但是，地轴的 进动 不改变 黄赤交角 ，即地轴在进动时，地轴与 地球轨道 面的夹角始终是66°34′。

在这里还要说明一下，由于地轴进动而造成的天极、 春分点 的移动角度相对来讲是很微小的，在较长的时间里不会有很大的移动。所以，我们仍然可以说天极和春分点在 天球 上的位置不变，恒星的赤经、赤纬和 黄经 也可以粗略地认为是不变的，以此为依据而建立的星表、 星图 仍是可以长期使用的。

轨道方向

公转轨道

地球 是在公转过程中，所经过的路线上的每一点，都在同一个平 面上，而且构成一个封闭曲线。这种地球在公转过程中所走的封闭曲线，叫做 地球轨道 。如果我们把地球看成为一个 质点 的话，那么地球轨道实际上是指地心的 公转轨道 。

地球轨道的形状是一个接近正圆的椭圆， 太阳 位于椭圆的一个焦点上。椭圆有 半长轴 、 半短轴 和 半 焦距 等要素，分别用a、b、c表示，其中a又是短轴两端对于焦点（F1、F2）的距离

半焦距与半长轴和半短轴之间存在着这样的关系，即 c=a-b

半焦距c与半长轴a的比值c/a，是椭圆的偏心率，用e表示，即e=c/a。

中心位置

严格地说， 地球 公转的中心位置不是太阳中心，而是地球和太阳的公共质量中心，不仅地球在绕该公共质量中心在转动，而且太阳也在绕该点在转动。但是， 太阳 是 太阳系 的中心 天体 ， 地球 只不过是太阳系中一颗普通的 行星 。太阳的质量是 地球质量 的33万倍，日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。这个距离与约为70万千米的太阳半径相比，实在是微不足道的，与日地1.5亿千米的距离相比，就更小了。所以把 地球 公转看成是地球绕太阳（中心）的运动，与实际情况是十分接近的。

偏心率

偏心率是椭圆形状的一种定量表示，e的数值大于0而小于1。椭圆越接近于圆形，则e的数值就越小，即接近于0；反之，椭圆越扁，e的数值就越大。经过测定， 地球轨道 的 半长轴 a为149,600,000千米，半短轴b为149,580,000千米。根据这个数据计算出地球轨道的偏心率为：0.016722。

可见，地球轨道非常接近于圆形。

由于 地球 轨道是椭圆形的，随着地球的绕日 公转 ，日地之间的距离就不断变化。地球轨道上距 太阳 最近的一点，即 椭圆轨道 的长轴距太阳较近的一端，称为近日点。在近代， 地球 过近日点的日期大约在每年一月初。此时地球距太阳约为147,100,000千米，通常称为日距。 地球轨道 上距太阳最远的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端，称为远日点。在近代， 地球 过远日点的日期大约在每年的7月初。 此时地球距 太阳 约为152,100,000千米，通常称为 远日距 。 近日距 和远日距二者的平均值为149,600,000千米，这就是日地平均距离，即1个 天文单位 。

公式

根据椭圆 周长 的计算公式　L=2πα（1-0.25×e） 计算出地球轨道的全长是940,432,870千米。

地球 的 公转 方向与自转方向一致，从黄 北极 看，是按逆时针方向公转的，即自西向东。这与 太阳系 内其它 行星 及多数 卫星 的公转方向是一致的，自转平均 角速度 为每小时转动15度。在 地球 赤道 上，自转的 切向速度 是每秒465米。

公转取向

遵循 宇宙 天体 规则，地球在自转、公转 太阳 的运行轨道时，始终保持在固定的取向，为使地球的 经线 与太阳保持固定的取向，因此地球每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856 度，即365天/360度。

取向子午线

子午线 是表示 地球 上一天时间的变化，子午线也就是地球上的 经线 ，人类为度量方便而设定出来的 辅助线 ，定义在地球表面任意两根经线的长度 相等 ， 相交 与南北的极点，每一根经线都有其相对应的数值，叫做经度，经线指南北方向，譬如英国伦敦 格林尼治 天文台地上镶嵌一条铜子午线，在午时12点， 太阳 的投影线是和这条经线重合的，并且每天都要重合，只是太阳的投影伸长缩短而已，所以 格林尼治天文台 的那条 经线 也可以看作当地地取向经线。1884年国际会议决定用通过英国格林尼治天文台的子午线为【 本初子午线 】。

太阳同步轨道

地球 和太阳形成初期， 潮汐 能耗比现在要高；从46亿年前到现在， 太阳自转 周期改变了约182s，地球的 公转 周期变慢了2.193 × 10 s，地球远离了6.935×108 m，公转半径改变了0.46%。

气象 卫星 是 太阳同步卫星 的一种，它的基础理论来至 宇宙 天体 的运行规则，其中取向角度是最基础的理论，因此，在设计卫星 和卫星 轨道时遵循在取向上，每天也要保持固定转动0.9856度，再者，人类到目前以发射了数千颗不同的航天器，有了成熟正确的理论。用这些理论诠释地球公转完全可行。