“人這一生可短暫了,有時候跟睡覺是一樣一樣的,眼一閉一睜一天過去了,哈嗷~眼睛一閉不睜,這輩子就過去了,哈嗷。”小沈陽的這句臺詞大家應該印象深刻的,那么地球上的一天到底有多長呢,是小沈陽臺詞里說的,眼一閉一睜(一晝夜)嗎?
這個問題乍一看似乎是一個非常愚蠢的問題。一天就是地球自轉一周的時間唄,然而答案并沒有這么簡單,因為地球自轉和一天并不是精確對應的。現代科學認為,太陽日是一個晝夜。是恒星日(地球自轉周期)+地球一天的公轉角度(0.986°)。
我們搜索一下地球的自轉周期,會發現是23小時56分04秒,而我們常說一天——即一晝夜的長度是不帶零頭的24小時。那么,這近4分鐘的時間 去哪兒了呢?天文學上,地球的一天有三種定義:三種日:太陽日(包括真太陽日、平太陽日)、恒星日、太陰日。
圖1 日晷
太陽日:以太陽為參考點所度量的地球自轉的周期,即一晝夜。從這個角度來說,一天就是指地球自轉360°59',需24小時。
由于地球在自轉的同時還在繞日公轉,每過23小時56分鐘4秒,在太陽系的參照系下,地球完成自轉一圈(地球自轉360°,1恒星日),但與此同時它也繞太陽公轉了大約1/365圈,這使得地球原來對著太陽的地方沒有對著太陽,這個偏差需要大約3分56秒來彌補。24小時整后,地球上原來對著太陽的一面,重新對著太陽,這就是我們定義的“一天”。
圖2 太陽視運動圖解
太陽日可以分真太陽日(視太陽日)和平太陽日。
真太陽日(視太陽日)是依據視太陽定義的,也就是真實的太陽兩次經過該地的子午線的時間間隔,可以使用日晷來測量。一個真太陽日的時間并不相等,根據較長回歸年與較短回歸年的時間計算,地殼在固體潮汐的作用下,長太陽日與短太陽日竟相差4秒。由此證明地球自轉并不勻速。
平太陽日是以平太陽為參考點,以平太陽連續兩次經過上中天,轉360°59',是長度固定的24小時,在一年之中不會因為晝夜長短的變化而改變。更明確的說,平太陽日是經由觀察太陽相對于恒星的周日運動,所獲得的平均太陽時,經由人為的調整而顯示在時鐘上的時間。
均時差就是視太陽時與平太陽時的周期性差值。這是因為真太陽日與平太陽日的長度不同,相鄰的每一天最多可以短22秒或長29秒。因為這種延長或縮短會持續進行一段時間,所以最多會比平太陽日提早17分鐘或延遲14分鐘。
圖3 恒星日、太陽日示意圖
恒星日:以遠處恒星為參考點所度量的地球自轉的周期,這便是恒星日。從這個角度來說,一天指的就是地球的自轉周期(23小時56分鐘4秒)。
當我們選取足夠遠處的恒星作為參考點的時候,可以認為恒星是不動的。(圖3)但地球在自轉的同時,在公轉軌道上也要移動一點,地球從圖3中E1位置要移動到圖3中的E3點的位置,P點才正對著太陽,而這時P點已經不是正對著恒星A了,已經轉過去了,轉過的角度也是恒星日與太陽日之間的差。這個差按照角度說,是59′,按照時間說,是3分56秒。
就是說,地球只需要23小時56分4秒,就可以自轉360°,完成一個恒星日。而地球必須花費24小時整,自轉360°59′,,才能完成一個太陽日。
換句話說,恒星日比太陽日的時間短3分56秒;太陽日比恒星日,地球需要多自轉59′的角度。
圖4 月球繞地球運轉示意圖
太陰日:是月球中心連續兩次通過地球上同一經度線所需要的時間。月球圍繞地球公轉,其周期是29.5天(一個朔望月),月球圍繞地球公轉的同時,地球也在自轉,而且月球的公轉方向與地球的自轉方向相同。就是說,月球相對于地球表面向前運動時,地球上的這一點也在向前趕,于是,太陰日就不是24小時了,要把地球在這段時間內自轉的時間也加進去。所以太陰日要比太陽日多約50分鐘。是24小時50分。
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