书城科普读物科学我知道-Why太空
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第15章 一年当中地球和太阳之间的距离相当吗?

我们人类居住的地球,是太阳系中的八大行星之一,它和其他八个兄弟一样,在自转的同时,还分秒不停地绕着太阳运转着,这叫做公转。

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。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,为什么地球和其他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,行星就像那粒小钢珠,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,而要飞出太阳系去了。地球围绕太阳公转的速度,同其他行星一样,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。近日点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。