地球軌道

地球軌道
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地球軌道
中文名稱：地球軌道平均軌道半徑：149 600 000 千米軌道偏心率：0.0167 公轉周期：365.256 天

地球軌道(Earths orbit)是指地球圍繞太陽運行的路徑，大體呈偏心率很小的橢圓，其半長軸(a)1.496×10千米;半短軸(b)1.4958×10千米;半焦距(c)25×10千米;周長(l)9.4×10千米。地球橢圓軌道的偏心率(e)和扁率(f)分別為(1/60或0.016和1/7000)，太陽即位於該橢圓的一個焦點上。地球到太陽的距離變化在1.471×10~1.521×10千米之間，平均距離為1.496×10千米。地球軌道所在的平面，就是黃道面。

地月軌道

平均軌道半徑 384,400千米
軌道偏心率 0.0549
近地點距離 363,300千米
遠地點距離 405,500千米
平均公轉周期 27天7小時43分11.559秒
平均公轉速度 29.8km/s(107,000km/h)
軌道傾角在28.58°與18.28°之間變化
(與黃道面的交角為5.145°)
升交點赤經125.08°
近地點輻角 318.15°
默冬章 (repeat phase/day) 19 年
平均月地距離 ~384 400 千米
交點退行周期 18.61 年
近地點運動周期 8.85 年
食年 346.6 天
沙羅周期(repeat eclipses) 18 年 10/11 天
軌道與黃道的平均傾角 5°9'
月球赤道與黃道的平均傾角 1°32'

軌道演變

地球受太陽的引潮力的作用，地球公轉所具有的動能將會逐漸轉化為潮汐能。從一個長遠的期限來看，地球會逐漸遠離太陽，不過這個速度會非常小。還有一個更小的因素，那就是宇宙的膨脹，但是在這個階段，宇宙膨脹起的作用更加小，和上面那個已經很小的數字相比還是忽略不計。這兩個因素的作用都是長期作用，可能從這個短時間的範圍來看，這兩個因素所起的作用還沒有一個微小的流星體(就是一顆流星啦)撞擊地球所起的作用大。不過，最多幾十億年地球軌道在這之中變化不會太大，但是會有的，而且會影響氣候變化。^[1]

形成原因

因為橢圓的軌道是地球對附近的天體引力的折中。僅有一個行星和一個恆星的系統是沒有任何意義的。早期的太陽系在形成過程中，原始的行星受到了小行星的撞擊和其他一系列擾動，才導致橢圓軌道的形成。這叫行星徙動理論。首先:正圓軌道也是橢圓軌道的一種，只不過是特殊的橢圓軌道。如果要地球完全按照正圓軌道運轉條件是十分苛刻的，首先就必須讓太陽的其他行星消失，接着離太陽比較近的恆星也必須消失，否則他們就會對地球產生影響導致地球運轉軌道的改變。地球繞太陽公轉，在給定的能量的條件下，可能的軌道有無數條，圓軌道只是其中的一條而已。如果想要地球按正圓軌道運行，地球的能量，動量要滿足一定條件。就是任一時刻，地球的動能Ek和勢能Ep的關係滿足 Ek = -Ep/2。或者說當 Ek = -Ep/2時，地球運動方向垂直於日地連線。這個條件非常苛刻，即便是地球在正圓軌道上運行，一點微小的擾動都可以改變這種狀態，使得地球在新的橢圓軌道上運行。

漸行漸遠

地球自正在離太陽遠去?而且原因還不明確!另外，銀河比我們想象的要大!最起碼是我們所認知的十倍大小!西班牙《趣味》月刊2018曾刊登《對不上的碎片》一文，作者為米格爾·安赫爾·薩巴代爾。文章稱，科學界有人對尋找暗物質或暗能量這些幽靈實體的行為提出批評，但如果不假設這些幽靈實體的存在，廣義相對論就解釋不通。或許應該修改甚至使用新的引力理論來替換愛因斯坦的廣義相對論。廣義相對論和量子力學是宇宙論的核心學說，被視為現代物理學的兩大支柱。事實上，最近幾十年專家的大部分努力都集中在將兩種理論合二為一上。因為愛因斯坦的精妙理論在原子領域說不通，如果要在原子領域實行廣義相對論，就必須把它量子化，但科學家還做不到這一點，阿根廷物理學家胡安·馬丁·馬爾達塞納總結說，"這兩大理論並不非常吻合"。文章稱，雖然有這種不合，但是廣義相對論在描述大尺度的引力活動時是相當準確的。雖然愛因斯坦的所有預言已經得到了實驗證明，但還有一些細節似乎與理論並不相符。月亮的某些活動顯示了這種不相符。2006年，美國噴氣推進實驗室(JPL)研究員詹姆斯·G。威廉斯在對地月距離進行38年的測量後，發現地月之間最遠點和最近點之間的差距每年增長6毫米。即使考慮可能導致這種現象的各種因素，例如地球和月亮內部的潮汐摩擦，也無法破解這個謎團。地球和太陽之間的距離在加大，原因不明文章稱，當天文學家確定天文單位(UA)的值時，發生了類似的事情。天文單位是長度單位，約等於地球跟太陽的平均距離，誤差範圍在1米到10米之間，因此我們可以用一個確切的12位數來確定它的數值(1UA=149，597，870，700米)。然而JPL研究員厄蘭·邁爾斯·斯坦迪什在2004年指出，UA似乎隨着時間在增長。同一年，聖彼得堡應用天文學研究所的兩位科學家查看了20萬多份觀察資料，發現看似穩定不變的UA每100年增加15米。2005年俄羅斯科學院科研人員葉連娜·皮季耶娃公布了一份更為詳細的分析，內容包括從1913年到2003年的31.7萬份記錄，結果顯示UA距離每一個世紀拉伸7米左右。所有這些研究工作令太陽系中的一個不解之謎變得更加神秘。90年代末期，一群科學家查看了"先驅者"10號探測器在11年內以及"先驅者"11號探測器在4年內收集到的數據。發現探測器的飛行速度有微弱但是持久的減退:在1998年，10號探測器的距離比預定地點近5.8萬公里，11號探測器近了6千公里。與探測器跟我們相距105億公里的距離比起來，這些差距微不足道，但是飛行器是不應該出現這種偏差的。是什麼阻止了"先驅者"探測器的前進呢?文章稱，奇怪之處不止於此。2008年，JPL的科研人員宣布，他們發現6艘飛往其他星球的飛船在藉助地球引力場飛近地球時，其軌道能源出現了偏差，令它們的速度比設定速度加大了一點點。可能導致這種意外加速的因素，例如地球大氣層、潮汐、探測器負重、磁場、太陽風等，它們的力量都比這種加速需要的力量小1千倍。這些奇怪的現象是否說明我們關於引力的理論其中有些點說不通呢?廣義相對論在科學界的地位是如此堅實，大部分科學家都不覺得它需要修改。然而也有些人認為它有需要修改之處。最重要的是要增加關於暗物質的描述。1933年天文學家弗里茨·茲維基猜測可能會有暗物質的存在，他發現後發星座和處女座星團的移動速度非常之高，如果外表可看見的就是它們的全部質量，那麼它們早就應該消散在太空。茲維基認為是存在望遠鏡看不到的物質。茲維基稱之為消失的質量，這種質量再沒有出現，在天文學中直到1977年。

銀河質量比看起來要大10倍

1977年，天文學家薇拉·魯賓發現，在銀河系等螺旋星系邊緣地帶的星體的運動速度並不像理論所預測的那樣，因為根據廣義相對論，恆星離星系中心越遠，其運動速度應該越慢，但是螺旋星系外側的恆星運動的速度卻與其他恆星一樣。而這樣的速度，需要有更大得多的質量聚集在星體或者星雲上。例如如果是銀河系的話，它的質量應該是的10倍。文章稱，一種可能是，假設存在那些大量的無法檢測到的物質，它既不吸收也不發射能量。另一種可能是承認我們的引力理論不夠完善，因此應該修改愛因斯坦和牛頓的理論。這兩種選擇都很極端:一個是我們假設引力在宇宙範圍不像我們想象的那樣運行，另一個是我們假設宇宙中存在我們對其一無所知的幽靈實體。如果是後一種假設，天體物理學需要我們展開誠意的、真正的行動。加拿大多倫多大學物理學家約翰·W。莫法特解釋說，"暗物質在宇宙初始階段沒有發揮任何作用"，"然後宇宙開始膨脹，宇宙大爆炸40萬年後，事情起了變化。如果我們假設重子物質(即普通物質)是宇宙中惟一的物質，那近期的所有數據就都解釋不通，當前的標準模式應該引入其他物質，這樣愛因斯坦的引力論才能符合數據"。根據這位引力專家，"尋找暗物質或將成為最大的徒勞無功的實驗，無論是諾貝爾獎得主艾伯特·亞伯拉罕·米切爾森還是物理化學家愛德華·莫利，在19世紀末期都沒有發現能媒"。雖然很少，但在1997年，人們發現，宇宙在加速膨脹，這在廣義相對論中是不可能的，一定是有因素在推動。於是誕生了一個比暗物質更加奇怪的概念。我們談論的是一種誰也不太了解的具有推動作用的物質，它被稱之為暗能量。日內瓦大學的馬丁·孔茨和多梅尼科·薩波內教授認為，問題在於我們無法通過實驗區分，這到底是一種現象還是一種修改後的引力理論。

引力極弱地區的定律

德國波恩大學教授貝努瓦·法馬伊也認為，必須對引力論做一些修改。"暗物質似乎懂得如何與普通物質搭配。無論我們觀察什麼星系，可見物質的重力和暗物質輻射的比例都是一樣的，就像兩者商量好了一樣。這讓人詫異，因為我們原本以為兩者之間的關係取決於每個星系的特殊歷史"。1983年，以色列物理學家莫爾德艾·米爾格龍公布了一個模型，根據該模型，引力在物質厚度極其稀薄的地方作用方式不同。因此，就像牛頓的理論在強烈的引力場不適用一樣，愛因斯坦的引力論在這些地區也應該被替換，或許需要為引力極弱地區提出一個新的定律。這個模型雖然得到了一些擁護者，但是所謂的修正牛頓動力學說還是面對重大障礙，無論從理論上還是實驗上皆是如此，因為它並不非常符合對銀河星團X射線的最新觀察結果。一個可能性更大的替代理論是上文的物理學家約翰·W·莫法特提出的經過修改的引力論。該理論的核心內容是比較電磁場和引力場的方程式。結果並不為大家所樂見，一方面它提出了一種未知力量，另一方面它認為著名的常數--重力實際上並不是一個常數，光速也不是，但重力與光速的商確實是不變的。最後，時間會告訴我們，哪一種理論才是真理。

測量方法

最早古希臘的阿利斯塔克斯通過測量月食時掠過月面的地影與月球的相對大小，利用幾何學方法，算出以地球直徑為單位的地球至月球的距離。後來古希臘的依巴谷利用同樣的方法得出地球到月球距離是地球直徑的30倍，而古埃及的埃拉托塞尼根據不同緯度間夏至時正午影子的夾角變化和不同緯度的距離，測算出了地球子午線的長度，這樣，綜合起來，依巴谷就得出了地月距離。再利用三角函數，就得出了日地距離。

歷史傳說

人類歷史上許多未解之謎，像史前文明的形成、斷裂，大洪水的發生，十日並出，太陽消失，這一切都是月亮造成的!大約在15000多年以前，一艘來自宇宙深處的外星人飛船--月亮宇宙飛船，突然拐了一個彎，駛進了太陽系，並降臨地球近地軌道，懸浮在中國西北部地區的上空，低得仿佛一踮腳就可以摸得着，傳說中的"神"駕臨了地球。這不是科幻，而是事實。在中國西南瑤族地區，有一則古老的傳說:在遠古的時代，天上只有太陽和星星，卻看不見月亮，當夜晚降臨，大地上就被恐懼籠罩。有一天晚上，天空中突然出現了一個熱烘烘、七棱八角的大山一樣的東西，它不圓不方，像一塊巨大的石頭，放射着毒熱的光芒。瑤族人的這則傳說講的就是月亮的來由，月亮是在某一天突然出現，在地球上空的，當時已經有了人類。瑤族的這則傳說有幾分可信程度呢?在古代，人們觀察月亮都是用目光，所以，根本看不清月亮的構造，只知道月亮上有些地方明亮，有些地方昏暗。1609年，當伽利略發明了天文望遠鏡後，人類才清楚知道了月表地形的構成:月亮上並不是平坦的，它表面有環形山，山脈，月海。在哥倫比亞的印第安人的部落里，也有一則類似的傳說，在遠古的時候，天上沒有月亮，人類一到晚上都很害怕。有一位酋長決定犧牲自己，給大家帶來光明。於是，他站在高高的山頂上，向空中飛去，越飛越高，最後變成了月亮。生活在非洲南部的布曼族的神話也證明，在遠古的時候，天空中根本沒有月亮。世界上有一個著名的謎案，那就是美洲瑪雅文化的突然消失問題。他們雖然莫名其妙地消失在空氣里，但卻留下了極為發達的文化，尤其是他們的星算曆法，堪稱世界一絕。在他們留下的、始於大洪水之前的《編年史》中，人們奇怪地發現，裡面竟然沒有關於月亮的記載，這對於一個天文學高度發達的民族來說，簡直是不可思議的。結論只能有一個:在大洪水之前，天空中根本沒有叫月亮的東西。在希臘南部的伯羅奔尼撒，曾存在一個叫阿爾卡獲亞的古老國家，據當地人傳說，阿爾卡獲亞人在大洪水之前，從來不知道什麼叫憂慮和悲傷，當時只有太陽，沒有月亮，月亮是大洪水以後出現的。距今大約4000年前左右，亞里山大里亞大圖書館的第一位館長在他留下的文獻中這樣寫到:"古時，地球的天空中看不到月亮。"他在寫這份文獻時，曾參照了很多遠古時遺留下來的手稿和抄本，可遺憾的是，這些文獻後來統統被毀，我們已經不可能知道他寫下這話時所依據的上古文獻究竟是什麼。古希臘的數學家、天文學家阿納克薩哥拉斯，也根據當時的一些資料說過，月亮在天空中出現是很晚以後的事情了，在人類的早期天空中沒有月亮。

未來發展

科學家設想用超級太陽帆改變地球軌道在大約50億年左右，太陽將開始慢慢轉變成一顆膨脹的紅巨星。它的外層氣體將會不斷膨脹，70億年後，它的體積和亮度達到最大值，屆時，太陽將會吞沒整個地球。我們地球人如何避免被太陽烤焦的命運?但是在這之前的11億年內，太陽的亮度將增加11%，陸地溫度平均上升到大約50攝氏度(120華氏度)。海洋受熱升溫，海洋水會像放在陽光充足的廚房灶台上的一鍋水，在沒有沸騰的情況下慢慢被蒸發掉。植物和動物將很難適應這種溫室環境，不過一些被稱作古生菌的單細胞有機體將會倖存下來。但是稍後不久，一旦水蒸汽進入大氣層，太陽發出的紫外線將導致水分子分裂，構成生命細胞所需的氫將會慢慢泄漏到太空中。如果我們的後代或者我們之後的其他智能生命形式想倖存下來，他們必須移居到其他地方。但是他們要移民到哪裡呢?而且怎樣才能移居到那裡呢?一種可能的方法將是利用火箭移居到其他行星上。然而要運走67億人，大約相當於要發射10億架航天飛機。即使我們能在一天內發射1000架航天飛機，也需要2700年才能將所有地球上的人送走。人們到達新駐地後，生活方面又會遇到麻煩。移居到其他行星需要將這些行星地球化，才能為地球移民提供生活所需的食品、水和氧氣。既然如此，我們為什麼不能和地球一起移民呢?衛星跟蹤系統上錄入了地球軌道上700個衛星的數據，基本物理學告訴我們，我們實際上是可以移動行星的。將一枚火箭發射到太空時，它產生的反衝力會把地球推向相反方向，儘管推動的距離微乎其微，這就像開槍後槍要後挫一樣。科幻作家和訓練有素的物理學家斯坦利·施密特在他的小說《罪惡之父》中就採用了這個事實。這部小說描寫了外星人在地球南極安裝了巨大的火箭引擎，用來推動地球。然而現實生活中的地球非常龐大，一枚火箭幾乎對它的運動沒有任何影響。向正確方向發射10億枚10噸的火箭，僅有可能將地球每秒的速度改變20納米。一些天文學家已經開始着手解決移動行星的問題，不過這並不是為了處理人類時段內發生的緊急事件。聖克魯茲加州大學的格雷格·勞林表示，實際上他們正在設計試驗，通過這項試驗理解行星系動力學。勞林和他的同事丹·柯里肯斯基，以及密歇根大學的天文學家佛瑞德·亞當為了了解行星系統如何重新自行排列，他們開始着手解決如何推動地球，以便不讓不斷升溫的太陽把它"蒸熟"的問題。為了達到預期的目的，他們三人選擇地球的最終目的地作為一個軌道，這條軌道與太陽的距離是地球的軌道與太陽之間的距離的1.5倍，相當於火星軌道。在63億年內，當太陽進入紅巨星階段，它的亮度將是2.2倍，那時距離太陽那麼遠的行星獲得的陽光大約跟地球獲得的陽光一樣。他們表示，通過改變遙遠太陽系的冰體的軌道，讓它們從地球附近經過，將它們的一些軌道能量轉移給地球，可以實現推動地球的目的。位于海王星外的冰體環內的天體被稱作柯伊伯帶(Kuiper Belt)，更遠處一個由彗星構成的球狀雲團叫做奧爾特雲(Oort cloud?)。因為它們遠離太陽，這些天體具有相對較低的軌道能量，因此可以利用專門用於偏轉靠近地球的小行星的方法推動它們。這些方法從輕微的引力拖拽，到利用大型推進器猛推，可謂五花八門，應有盡有。

跳地球日

德國藝術家勞希曼2005年成立"跳地球"站點，發起"跳地球日" (WorldJumpDay)，號召西半球民眾2006年7月20日格林威治11時39分13秒(台北時間7月20日19時39分13秒)一齊往空中一跳，說只要有六億人同時這麼一跳，將能改變地球在宇宙里的位置，亦即使地球改變軌道，退出太陽一點，從而"停止全球暖化、延長白天時數，創造更適合人居的氣候"。勞希曼當初向科學家和部落格提出"跳地球日"，只當朋友圈裡說說，結果消息傳開，變成全球話題，好奇、好玩、好事的人紛紛上網，站點擠爆好幾次。齊跳日轉眼就到，已達598,104,080人登記參加，已近全球上網人數的一半。該站點聲稱20日達到六億人沒的說。六億人同步一跳，把地球離軌道，屬於一種"地球工程"(geoengineering)，用意不錯，但問題很多，難以當真。從道德層面看，誰能承擔地球軌道改變的後果?有人說，地球走上新軌道，日曆不是要改寫嗎?也有人說，誰能保證這麼多人真的同一秒起跳?但真正的問題是，這麼一跳真的有用嗎?根據專門討論怪點子的"瘋狂物理學"。假定每人體重一百公斤，六億人就是將10先11平方，再乘6，他們齊跳產生的動能相當於7.5兆焦耳(TJ)，等於一百萬噸黃色炸藥(相當於一枚現代氫彈)所釋能量的2%，造成的地球移位只有一個氫原子半徑，亦即地球軌道不變。

天體正悄無聲息地向地球軌道飛馳而來

英國廣播公司(BBC)報導，科學家計算，地球再遠離太陽2.4公里，就能抵消大氣里二氧化碳增加兩倍之害，但這需要用數百萬枚氫彈來炸地球。到時地球還在嗎?人定勝天的想法自古從沒斷過，例如人類從來就想控制或改變氣候，用溫室廢氣把生活環境搞砸後，此念益切。救地球有治本，有治標，治本是迅速減少或根本停止排放溫室廢氣，看當前人類的表現，大不易。治標即"地球工程"，例如取法火山爆發，把無數硫化小球(sulphurpellet)射到空中，增加把太陽光擋回去的反射力，但硫化物會破壞臭氧層，暖化問題解決，人類也死光了。美國國家科學院知道，讓5萬5000面鏡子進入軌道，把太陽光反射掉，能抵消二氧化碳加倍的效應，但每鏡子必須有一百平方公里大，不可行。看來，"地球工程"說易行難，還是想法治本吧。^[2]

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