地球繞日的速度,是如何得出的,是否精確?

2020-12-06 天文在線

本文參加百家號科學#了不起的天文航天# 系列徵文

網友提問:地球環繞太陽運轉的速度是多少?

長話短說:地球的平均公轉速度為每秒30千米。換言之,即大概是每秒19英裡,或者每小時67,000英裡,或者每小時110,000公裡(每小時1.1億米)。

讓我們計算一下。首先,我們知道,總體上,你的旅行距離等於旅行速度乘以旅行時間(時長)。如果我們反向計算,我們會發現平均速度等於所花時間的旅行距離。

我們也知道,地球繞太陽旋轉一周的時間是一年。因此,為了知道速度,我們只有計算出地球環繞太陽運轉的距離。我們需要假設地球的軌道是圓形的(其實並不準確,地球軌道更像是橢圓形,但對我們的計算而言,圓形足夠接近了。)因此一年的環繞距離就是圓形周長。(要記住,圓形周長為2×π×半徑。)

地球到太陽的平均距離約為149,600,000千米。(太空人稱之為一個天文單位,或者簡寫為AU。)因此,每年地球環繞距離為2×π×(149,600,000 km)。也就是說,速度約為:

速度= 2×π×(149,600,000 km)/(1年)

如果我們換算為更有意義的單位(平均一年有365.25天,一天24小時),我們可以得到:

速度=107,000 km/h(或者,如果你更喜歡67,000英裡/每小時)

因此,地球環繞太陽旋轉速度約為110,000km/h(大約要比一輛在馬路上行駛的車輛速度快1000倍。)

網友回答:感謝您的解釋,但是我希望聽到更加精確的解釋,因為我已經知道您給出的解釋了。

在你的問題中,真的沒有更「精確的」答案了。在計算中,唯一的近似值就是假設地球運行軌道是圓形。事實上,這是一個非常好的近似值。克卜勒定律中描述行星的移動狀態為所有的軌道都是橢圓。地球的軌道也是如此。但是不是所有的橢圓形狀相同。「偏心度」被用來描述橢圓,也就是告訴我們,它們有多平坦。

橢圓的偏心度是介於0到1之間的數字,0表示是一個完美的圓,接近1為一個非常扁平的橢圓。現在地球軌道的偏心度約為0.017。這意味著地球軌道幾乎是一個圓,我們的近似值也是合情合理的。因此在這樣的估算下,計算再「精確」不過了。至於地球-太陽距離,由於其他星球的重力攝動,真正的距離會隨著時間流逝輕微變化,因此使用更精確的距離,而非上述給出的距離,沒有太大意義。

現在,如果你不想假設地球軌道是一個圓形,來計算地球運轉速度,這就是另外一種球類運動了!首先,我無法給你一個精確答案,因為地球繞太陽運轉,地球的速度一直發生改變。這是因為克卜勒第二定律認為,行星在相等的時間內掃過相等的面積。這意味著當地球接近太陽時(此時是在一月份早些時候,大概是在北半球冬至結束後的兩周),當遠離太陽時,地球運轉速度較快。

除非你確定一個確切日期,否則在假設地球軌道是橢圓的情況下,我無法給出地球的精確運轉速度。我們最好還是堅持最初的數值—平均速度。

相關天文知識

公轉,是一物體以另一物體為中心,沿一定軌道所作的轉動;所沿著的軌道可以為圓、橢圓、雙曲線或拋物線。在天文學上,一般用來形容行星、彗星等星體環繞恆星、衛星、人造衛星等環繞行星;小規模星系、星雲、宇宙塵埃等環繞大規模星系;以及更大規模的天體間環繞的運動。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.curious- Grace

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