為什麼地球的運行軌道是橢圓的?

2020-12-11 宇宙新思維
地球公轉軌道是橢圓

一，地球繞太陽的公轉軌道的確是橢圓，這是因為地球的運動速度與它所處的位置不匹配。

根據圓周運動的向心力公式F=mv/r，其中F為向心力，在這裡由地球所受太陽引力GMm/r提供，m為地球質量，v為地球公轉速度，r為日地平均距離，大小為1.49億千米，M為太陽質量，大小為1.9819x10^30千克，G為萬有引力常數，大小為6.67x10^-11牛·米/千克。因此上式變為F=mv/r=GMm/r，得出v=√GM/r，G和M一定，可以看出地球運動速度只與日地距離有關。不同位置距離對應著不同的速度，距離越遠，速度越小。

二，形成橢圓軌道的理論分析

如果地球的實際運動速度大於理論計算作圓周運動的應有速度，那地球的軌跡就會脫離圓周運動，開口變大，原因當然是這個速度做圓周運動需要的向心力大於太陽的引力。隨著地球軌跡偏離圓周，太陽對地球引力方向不再垂直於地球的運動方向，在地球運動反方向上受到一個引力分力加速度，對地球運動起到減速作用，直到它受到的引力大於它的實際速度對應的向心力，且引力方向與運動方向垂直時，地球停止遠離太陽，開始向太陽靠近（當然隨著遠離太陽，受到太陽的引力也在減小，不過因它的速度下降導致所需向心力也在減小，且減小速度大於引力減小速度，這意味著地球早晚會在太陽的引力作用下再次向太陽靠近），這個轉折點就是遠日點。

過了遠日點之後，地球在運動方向上受到了引力的一個分力作用，在這個作用下逐漸加速，隨著靠近太陽，引力方向變化越來越快，直到再次和運動方向垂直，這時地球運動速度最大，大於該位置作圓周運動的應有速度，所以地球再次遠離太陽……，周而復始，運動軌跡就是一個橢圓。

三，上面是假定地球的實際速度大於理論計算作圓周運動所需速度情況下的分析結果，那實際情況到底如何呢？

據科學家測定，地球近日點繞日的實際速度為30.3千米/秒。那理論計算是多少呢？下面我們來計算一下。按近地點日地距離r=v=√GM/r=√6.67x10^-11x1.9819x10^30/（1.471x10^11）≈29.97千米/秒，顯然實際速度大於理論計算值，因此如上分析，地球的公轉軌道是橢圓的。

實際上，在恆星系形成過程中，天體的實際運行速度都不可能和理論計算值完全一致，只不過那些差異較大的，或墜落中心天體，或飛離中心天體，剩下的這些差異較小的以橢圓軌道運行，宇宙中絕大多數天體軌道都是橢圓的。

相關焦點

  • 為什麼地球繞太陽轉軌跡是橢圓的,而不是圓?
    由於太陽和地球之間有萬有引力的作用，所以導致了地球圍繞太陽作周期性運行，而萬有引力和地球公轉所產生的離心力之間處於平衡狀態，地球才得以穩定運行。曾經也有科學家們認為行星的運行軌道是標準的圓形，但是隨著克卜勒對行星軌道的深入研究，這一說法才漏出了破綻。
  • 為什麼行星軌道是橢圓形而不是圓形的?
    我們通常看到的軌道有一個大的天體和一個小得多的天體，所以大的天體看起來相對靜止，而較小的天體繞軌道運行。要了解軌道，你還需要考慮兩個天體帶入系統的能量，以及對軌道形狀產生的影響。以太陽為例，當天體接近太陽時，根據其能量和軌跡，它將遵循四種可能的軌道路徑之一：螺旋形，雙曲線型，橢圓形或圓形.
  • 為什麼行星軌道都是橢圓形而不是正圓形?
    在太陽系中，行星運行的軌道並不是正圓形，而是橢圓形（對太空中絕大多數的行星而言）。可是話又說回來，既然軌道是由重力，慣性以及質量所決定的重複模式，那為什麼軌道就不能是一個正圓呢？但事實上，除了一些距離太陽較近的行星的軌道是接近圓形的（地球的軌道就接近一個正圓），一個正圓形的軌道是很難形成的。其形成條件極其嚴苛：天體釋放到太陽系的能量所形成的軌道的離心率必須要為0。因此形成正圓形的軌道從理論上來講是可能的，但在宇宙中十分罕見。而橢圓形的軌道便是太陽系中各個行星軌道在現實中所存在的樣子。而橢圓形的軌道也比正圓形軌道常見得多。
  • 太陽系行星軌道為什麼不是閉合的橢圓?
    在宇宙中任何具有質量或能量的物體都會吸引其他具有質量或能量的物體，這就解釋了從地球上墜落的物體到行星的軌道，再到宇宙中最大結構的形成。廣義相對論預測了引力輻射也就是極端天體的軌道衰減問題，那太陽系內行星的軌道呢？
  • 行星軌道為什麼是橢圓的?為什麼太陽只集中在一個焦點上?
    網友提問：為什麼行星軌道都是橢圓的？為什麼太陽只集中在一個焦點上，那麼另一個焦點又是什麼呢？答：這個問題總是困擾著我。簡短回答一下：這個問題從數學上超綱了，尤其是在第一年的物理學和微積分範圍外。事實上太陽在一個焦點是個再正常不過的事兒，更常見的是，另一個焦點什麼也沒有。
  • 天文釋疑:為什麼彗星軌道是很扁的橢圓,而行星的軌道都是近圓?
    在內太陽系中，運行著八大行星和它們的衛星，以及一些矮行星和數量眾多的小行星。而在外太陽系，在遠離眾行星的遙遠的黑暗之處，有一大片球形區域，稱為「奧爾特雲」，在那裡密集存在著萬億個「髒雪球」，也被稱為彗核。它們也和行星一樣，繞太陽公轉，只不過因為距離太陽十分遙遠，所以它們的公轉速度相當慢，軌道速度僅為0.1千米每秒。
  • 為什麼人造衛星的軌道一般總是橢圓形的?
    踢向上空的足球，射往高空的炮彈，為什麼不能一直飛向高空離開地球？原來地球周圍的物體都受到地球引力的作用，跑不出它的引力範圍。人造衛星為什麼能環繞地球運轉，而很久不落下來？因為人造衛星發射出去以後，以特別大的速度圍繞地球運轉，產生一個離心力抵消了地球對它們的引為一一向心力的作用。
  • 地球公轉軌道並不是毫秒不差,也不可能正圓形,你知道為什麼嗎?
    有人提問：地球繞太陽轉，速度毫秒不差，但是，軌跡是橢圓的，說明有個力幹擾，這力來自何方？這是一個缺乏基本常識的問題。首先地球運行毫秒不差是什麼意思？地球每年的運行都在發生著變化，如果嚴格地說每時每刻都在發生著變化。
  • 為什麼行星運動軌跡是橢圓,而不是圓形?在牛頓用微積分計算前,無人...
    好吧，這確實是橢圓的，至於為什麼是橢圓的，這是一個數學問題，我查閱了一些資料，可以用一個通俗易懂的方式來解釋這種軌道現象。 星圖歷史 從亞里斯多德(Aristotle)到哥白尼(Copernicus)，每一個建立了太陽系模型的人都喜歡圓來表達。
  • 為什麼地球會繞著太陽轉?軌道為什麼是橢圓形的?
    在太陽系中，地球和其他八大行星一樣，以太陽為中心，環繞橢圓形軌道轉著，這叫做公轉。地球公轉一周，就是一年。同時，地球又以南北極連線為軸，自西向東自轉著。自轉一周，就是一天。地球為什麼會有這樣的轉動呢？"地球是物質構成的，運動就是地球的存在方式。如果地球沒有這種公轉運動，它不是被太陽所吸引而燒成灰燼；就是飛離太陽系，沉到茫茫無垠的星際空間去了。地球的運動，不論是公轉，還是自轉，都和太陽系的形成緊密相聯的。在銀河系裡分布有大量的星際物質，它們彼此吸引著，不停地運動著。只是，有的地方稀疏；有的地方稠密。有的地方在膨脹；有的地方在收縮。
  • 地球繞太陽轉,其軌跡是橢圓的,是不是說明有個力在進行幹擾?
    大家都知道，地球圍繞太陽作周期性運行的原因是太陽和地球之間的萬有引力作用，由於萬有引力和地球公轉產生的離心力之間處於平衡狀態，才得以確保地球不被太陽的引力吸走，也不會被甩出去。那麼，為何地球繞太陽運轉的軌道不是正圓而是橢圓呢？
  • 如果地球改變了軌道,那會給人類帶來什麼後果?
    我們所居住的這個行星（地球）環繞著太陽系的恆星（也就是眾所周知的太陽）做連續的橢圓運動。地球除了圍繞太陽公轉以外，還會沿著它自身的自轉軸自轉。儘管我們從未注意到，但事實上地球一直處於運動之中。在地球上生活久了以後，你可能已經對地球的運動方式習以為常，但你是否想過：如果地球改變圍繞太陽的這個軌道，會發生什麼？
  • 從地心說到日心說,人類是如何發現行星軌道不是圓形而是橢圓的?
    三、克卜勒的計算方法克卜勒首先嘗試計算地球圍繞太陽的運行軌道。出於簡化的目的，在分析的時候假設火星軌道平面和地球軌道平面是完全重合的。但實際上，它們之間是交叉的，並不完全重合，只是這個夾角非常小，所以這樣處理所產生的誤差可以忽略不計。
  • 什麼是人造地球衛星的發射軌道?什麼是星際探測器的能量最省航線...
    當飛經赤道上空時火箭上面級點火，把衛星送入近地點與停泊軌道高度相同、遠地點為35786千米的大橢圓轉移軌道。衛星在轉移軌道上運行時，地面測控站要精確測量它的姿態和軌道參數，並隨時調整它的姿態偏差。當衛星在預定的點火圈運行到遠地點時，地面測控站發出指令，讓衛星上的遠地點發動機點火，使衛星提高飛行速度，並改變飛行方向，進入地球同步軌道。
  • 地球公轉周期毫秒不差,為啥軌跡是橢圓?是有個力幹擾?來自哪?
    一，這個力來自太陽和地球之間的萬有引力，但它並不是地球公轉軌跡是橢圓的根本原因。地球繞著太陽轉，公轉周期的確毫秒不差。題目說運動軌跡是橢圓的，這點是對的，地球的公轉軌道的確是一個橢圓形。答案是這個力就是地球和太陽之間的萬有引力，當然來自於太陽，除此之外，沒有別的任何的力。為什麼認為「把地球運動軌跡是橢圓的原因說成是因為有力的幹擾」的說法也對也不對？說它對，是因為太陽對地球的萬有引力用作了地球圍繞太陽運動所需的向心力，這個力總是持續改變地球的運動方向，使得地球只能作曲線運動。
  • 在地球同步軌道上建造一個圍繞赤道的行星環可行嗎?
    國際空間站零重力環境發射地球同步軌道衛星難度很高人造地球衛星軌道分許多種，有近地軌道衛星、橢圓軌道衛星、高軌衛星、傾斜軌道衛星、極地軌道衛星目前各個國家發射最多的是近地橢圓軌道衛星，這種軌道的發射難度比較低，軌道高度大約300-2000km，衛星覆蓋範圍也比較廣，是性價比最高的選擇。鑑於地球同步軌道獨特的優勢，航天大國紛紛將目光瞄準這裡，向這裡發射了許多衛星。
  • 常用衛星軌道劃分
    LEO衛星有著對地球終端的損耗低和採用小口徑天線等明顯優勢，因此對移動通信應用極其重要，全球移動衛星通信系統Iridium採用的便是此軌道。2.中軌道(MEO)MEO衛星一般的軌道高度為20 000 km左右，在外層範.艾倫輻射帶之上。運行於中地球軌道的衛星大都是導航衛星，典型的MEO衛星星座有美國的GPS、中國的北鬥以及俄羅斯的GLONASS衛星系統。
  • 要多大的外力才能使地球偏離運行軌道?力應該怎麼計算?
    要多大的外力才能使地球偏離運行軌道？力應該怎麼計算？力的作用需要滿足兩個要素，即力的強度、作用時間，即便是足以轟碎地球的力作用時間若短到無限趨近於零，可能也不足以對地球運行產生影響。換句話說，即便力很小，但是影響的時間足夠長遠，地球的軌道也會逐漸改變。
  • 為什麼行星軌道是橢圓形?
    前言我們知道，行星的運行軌道是橢圓。但在我們通常的理解下，圓形才應該是最穩定的。如果是橢圓軌道就必然會距離恆星時近時遠，近的時候萬有引力變大，難道不會吸過去嗎？遠的時候萬有引力減小，難道不會飛走嗎？但無論看或不看具體的數學推導過程，都不會影響我們明白行星運行軌道多為橢圓的原因。
  • 地球軌道力正強烈地影響著地球上的氣候模式,會影響人類居住麼?
    每年1月，地球受到的輻射強度下降約6.8%，比每年7月多。當地球的軌道是最橢圓的時候，離太陽最近的時候，地球接收到的太陽輻射比離太陽最遠的時候多23%。另外，地球有傾角，地球的旋轉軸是傾斜的，傾斜是地球產生四季的原因。在過去的一百萬年裡，地球傾斜角在垂直於地球軌道平面的22.1到24.5度之間變化。