地球自转的标准

(一)地球自转的标准

1.傅科摆

为了证实地球的自转,人们很自然地认为:既然地球在自转,那么某种运动(垂直运动、水平运动、摆动等。)与地球自转“脱离”的,会因运动惯性而引起相对于地面的特殊运动。人们想到的第一个动作是摆动。因为地球的自转,秋千平面会相对于地面偏转。法国物理学家福克设计了一种特殊的摆,并于1851年在法国巴黎的一座圆顶建筑中成功进行了摇摆试验。测试结果证实了地球是向东旋转的,后来被称为傅科摆。

2.落体是向东的

因为地球自转的线速度随着所在位置的高度而增加,从高到低下落的物体由于惯性必然保持较高的自转线速度,所以物体的落点必然偏向物体垂直线的东面。这个实验是在一个几百米深的矿井中进行的,结果证实了落体在一定深度撞击了矿井的东壁,这也是地球自转的有力证据。

(2)地球公转的标准

1.行星的逆行

恒星背景上太阳和月亮的视运动方向总是从西向东;而行星则不同,有时向东跑,有时向西跑;自西向东,称为顺行,反之亦然。行星逆行现象是地球和行星围绕太阳公转在天球上的反映。由于地球公转周期比外轨行星短,当地球在公转轨道上赶上并超过外轨行星时,可以看到外轨行星在天空中做扭结运动。

2.恒星的年视差位移

大多数恒星都离地球很远,因此它们在天球上的位置可以认为是不变的。从地球上观察恒星的位置,我们发现它在空间的位置一直在变化。也就是说,我们可以看到附近恒星相对于远处恒星的视运动。恒星的这种运动称为恒星的年视差位移。显然,恒星的年视差是地球在轨道上的位移对恒星在天球上视位置的影响。

3.越轨

地球沿着轨道的运动,使得地球和周围的天体相对运动。地球对恒星的接近,也可以看作是恒星对地球的接近。但是速度相等,方向相反。比如从地球上观测一颗恒星,它的光不仅以30×104km/s的速度投射到地球上,而且以30 km/s的速度平行于黄道面运动,在地球上看到的星光的视在方向实际上是两种运动的合成方向,因此与恒星的真实方向不同。视向与真向之间存在一个差角,称为恒星的光年差位移。也就是说,恒星的像差是地球公转速度对光线方向的影响。

4.恒星的多普勒效应

由于地球的公转,恒星和地球之间存在相对运动。在一定时间内,地球靠近某些恒星,同时远离其他恒星。在某个半年里,地球轨道以不同的速度接近恒星,在另一个半年里离开恒星。前一种运动使频率变大,波长变短,即使谱线移动到紫端;反之,后一种运动使频率变小,波长变长,即使谱线向红端移动。总之,地球的公转使得恒星的谱线以一年为周期交替出现紫移和红移。所以多普勒效应就是地球公转的轨道速度对星光频率的影响。