地球與太陽之間的距離如果變化20釐米,會有影響嗎?

2020-08-11 昨年水蜜桃

我們所在的地球每時每刻都在圍繞太陽作周期性的公轉,地球和太陽之間始終維持著一個相對穩定的距離,而地球公轉軌道是一個近似圓形的橢圓,說是近似圓形,是因為軌道偏心率非常低,僅有0.016722,正是這個偏心率的存在,使得在地球和太陽的距離上存在著一個近日點和一個遠日點。那麼,如果地球向太陽方向靠近20釐米,會出現什麼情況呢?

地球公轉軌道的基本特徵

科學家們根據萬有引力定律和克卜勒定律,計算出地球圍繞太陽公轉軌道的周期以及軌道的偏心率,在將遙遠的恆星作為背景的條件下,在地球上觀察,將這顆遙遠的恆星與太陽相對固定的位置作為衡量一個恆星年的標準,地球上的一個恆星年所經歷的時間為365日6時9分10秒。就是在這樣一個周期內,地球以太陽為其中一個焦點的橢圓軌道圍繞著太陽公轉,距離太陽最近的距離約為14710萬公裡,最近距離約為15210萬公裡,科學家們將日地平均距離值149597870公裡作為一個天文單位的標準值沿用至今。

地球在公轉的同時也在發生自轉,而且自轉軸並非垂直於公轉軌道平面,二者之間存在一個夾角,科學家們將地球的赤道平面與公轉軌道平面的夾角稱為黃赤交角,其值為23度26分。黃赤交角並非一成不變,會隨著月球對地球的引力,使地球自轉軸有向著與地月質心連線相垂直的變化趨勢,不過月球相對於黃道平面也是呈周期性的兩側擺動,所以黃赤交角會有輕微的浮動變化,不過這個變化過於微小,通常情況下會忽略不計。

從公轉速度上看,地球公轉軌道的總長度約為9.4億公裡,按照恆星年來計算地球公轉的平均線速度約為29.8公裡每秒。按照克卜勒第二定律,行星在單位時間內與處於焦點的恆星連線所掃過的平面面積相等,由於公轉平面是一個橢圓形,因此地球的公轉速度與日地距離密切相關,當達到近日點時,公轉速度最快,達到30.3公裡每秒;遠日點時公轉速度最慢,為29.3公裡每秒。

地球溫度變化的主要影響因素

地球之所以能夠保護適宜的溫度區間,主要原因除了地球位於太陽系的宜居帶以內,還直接太陽入射角和大氣層的保溫作用有關。

地球位於太陽系的宜居帶內,決定了日地之間的距離正好可以使地球接收到的太陽輻射能量不會過高、也不會過低。太陽內部核聚變所釋放的能量,主要通過熱輻射的方式穿過日地之間茫茫的宇宙空間,這部分空間雖然物質非常稀少,但是也存在著一定量的星際氣體和塵埃物質,來自太陽的熱輻射會被這些物質進行一定程度地吸收、反射和折射,從而隨著距離的增加,太陽輻射能量到達目標星體上的總量會逐漸呈下降趨勢,這也是通常會何距離恆星距離越遠行星表面溫度越低的原因。而地球正好處在宜居帶上,太陽輻射能量的衰減,使得地球有條件使水以液態的形式存在,為生命的誕生和形成發展奠定了堅實的基礎。

除此之外,地球擁有適宜的大氣層,對來自太陽短波輻射的吸收能力較弱,大部分熱量可以穿透大氣層照射到地面,而同時大氣層對來自地表的長波輻射的吸收和反射能力較強,使地球的熱量不太容易直接散失到宇宙空間中,而在加熱大氣層的同時,又通過熱對流和熱傳導的方式將熱量重新返回地面,這樣就保障了地球接收太陽輻射與向外散失處於基本平衡的狀態。

從太陽入射角來看,這是決定著太陽輻射能量有效到達地面的另外一個重要影響因素,因為入射角越大,表明太陽的高度角就越小,那麼光線通過大氣層的距離就越長,被大氣層中的氣體分子所吸收、反射的比率就比垂直照射要明顯,因此被折返回歸宇宙空間的太陽輻射能量就越多,相應地地表接收到的能量佔比就越少,地表溫度就會越低。從地球北半球來看,在近日點時太陽的入射角最大,即使與太陽的距離最近,但是接收到的太陽輻射能量最少,因此溫度最低,形成了北半球的冬季。

地球靠近太陽20釐米有什麼影響

從日地平均距離約14960萬公裡來看,移動的這20釐米,僅佔到地球和太陽距離的1.3*10^(-12)這個級別,即使與近日點和遠日點的差值500萬公裡進行對比,也僅佔到4*10^(-10),這個距離的變化,無論是從能量傳輸中的損耗、太陽入射角的變化來看,其影響都是微乎其微的,並不會對地球的溫度產生任何可以感知的影響。根據太陽輻射能量、光線在宇宙環境中的自然衰減規律,對地球溫度影響的測算,起碼地球靠近或者遠離太陽1000萬公裡才會發生顯著的變化,這個時候地球的平均溫度將會比現在升高或者降低20攝氏度以上,對於地球上的生物生存將會產生極大威脅,長此以往,大部分生物就會逐漸滅絕。

另外,根據萬有引力定律和克卜勒定律,當行星與恆星距離拉近時,行星所受到的引力會增加,為了維持運行的穩定,行星的公轉速度就會相應提升,使自轉離心力重新與引力相平衡。不過,20釐米的距離縮短,對於地球的公轉速度影響也是微乎其微的。

通過以上的分析,我們可以看出,地球靠近太陽20釐米,對於地球幾乎不存在任何影響,主要原因在於這個移動的距離,與日地距離相比實在是太過於微小了,而想要達到對地球溫度和運動產生明顯影響,至少要靠近1000萬公裡才可以。實際上,太陽在時刻發生內部核聚變的同時,質量在一直發生的虧損,按照萬有引力定律,其對地球的引力實際上是逐漸減小的,那麼在此作用的影響下,地球不但不是向著太陽靠近,而是每年以幾釐米的趨勢在遠離著太陽。

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