地球绕太阳转轨迹为什么是椭圆的,而不是圆的?
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发布时间：2022-04-25 14:27
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时间：2023-10-09 02:38
题目说地球绕太阳转，那就是地球的公转，但地球公转的速度并非固定不变，而是地球的公转周期不变。
众所周知，地球的公转轨迹是一个椭圆的，而太阳处在椭圆的一个焦点。而地球能够绕太阳公转，，自然就是受到了万有引力，但不能说椭圆轨迹是因为受到万有引力的结果！
地球为什么会绕太阳转？
严格地来说，地球并不是单纯的受到太阳的引力绕太阳公转。而是绕着地球与太阳组成系统的的质量中心而转动(如果不考虑其它天体的影响)。
我们要知道太阳是太阳系的中心天体，而地球只是太阳系中一颗普通的行星，太阳的质量是地球质量的33万倍，日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。
这个距离与约为70万千米的太阳半径相比，实在是微不足道的，与日地1.5亿千米的距离相比，那就更小了。
迄今为止，我们也只能根据物理去解释这个话题，要知道宇宙中并不是任何物质都是静止不动的，就算再大的物质，它们都是由最小的物质也就是原子组成。
无时无刻都在运转的以原子核为中心的物质构成了整个宇宙中的所有一切物质的存在，旋转的质子和电子同时具备了引力的，这就是引力作用的必然结果。
地球公转是指地球按一定的轨道环绕太阳的运动，方向是自西向东（与自转方向一致），即地球的北极上空向下俯瞰地球呈现逆时针，从南极上空俯瞰的话就是顺时针。
而地球的公转是一种周期性的圆周运动，因此地球的公转包括角速度和线速度两个方面，如果采用一个恒星年作为地球公转的周期，由于地球公转的平均角速度是每年360°，也就是经过365.2564日地球公转360°，计算得知每日公转0.986°，即平均角速度为1°/天。
又由于地球轨道总长度为940000000千米，换句话说就是经过365.2564日地球就公转了9.4亿千米，可以计算，线速度=940,000,000KM/365天=940,000,000秒/（365x24x3600）秒=29.8千米，大约也就是每秒30千米。
万有引力定律和开普勒定律。
由于太阳和地球之间有万有引力的作用，所以导致了地球围绕太阳作周期性运行，而万有引力和地球公转所产生的离心力之间处于平衡状态，地球才得以稳定运行。
曾经也有科学家们认为行星的运行轨道是标准的圆形，但是随着开普勒对行星轨道的深入研究，这一说法才漏出了破绽。
开普勒在对火星运行的观测数据的基础上编制更加详细的火星运行周期表，很快他发现火星并不是在轨道上按照正圆形运行，相反火星总是“出轨”。
因此，开普勒认为或许天体的轨道运行应该是带有一定偏心率的椭圆，在一定的深入研究后，著名的开普勒第一定律和第二定律就这样诞生了。
由开普勒运动第二定律（对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积）SAB=SCD=SEK可以得到。
地球公转速度与日地距离是有关系的，由于地球的运动轨迹是椭圆轨道，那地球公转的角速度和线速度就不是一个固定的值，会随着日地距离的变化而改变。
在近日点时，公转的速度会比较快，据计算角速度为1°1′11″/日，线速度为30.3千米/秒；在远日点的时候，地球公转的速度就比较慢，据计算角速度为57′11″/日，线速度为29.3千米/秒。
地球的公转带来的现象:比如四季的形成、季节的变化、昼夜长短的变化和五带的划分等等。
地球在进行公转时，地轴是倾斜的，并且它的空间指向保持不变。由于地球在公转轨道的不同位置，地球表面受太阳照射的情况也就不完全相同，就产生了季节。至于地球的公转为什么可以形成那么多现象，这里就不一一举例了。
有人这时候提出疑问既然地球绕太阳转，每个周期的速度可以说是毫秒不差，轨迹却是椭圆的。
是不是有个力干扰轨道的运行？
其实不然，从开普勒定律我们能够看出，行星围绕恒星运转轨道是椭圆形就是一个定律，并不是由于其它作用力导致的。
这是标准的椭圆方程，其中e为该椭圆的偏心率，也就是说当e＝0时，行星公转轨道为正圆形；当0<e<1时，行星公转轨道为椭圆。
地球绕太阳公转轨道是一个椭圆形，这是由地球与太阳之间的距离、公转初始速度以及太阳质量共同决定的，其偏心率介于0和1之间，并非有另外的一个作用力干扰。
地球的公转轨道为什么是椭圆？
我们知道，太阳是在太阳系的中心，然后八大行星一圈一圈的以圆形围绕太阳进行运动。但是实际上根据开普勒第一定律，地球围绕太阳公转的轨道是一个椭圆，而且这个椭圆的偏心率e＝0.0549，非常接近标准圆。
在太阳系内，各个行星围绕太阳进行运动，在此同时太阳系也在银河系中围绕着银心运动，这样就可以理解为是太阳在牵引着各个行星围绕银心运动。
那也就是说我们的地球是在小范围内围绕太阳运动，大范围内围绕银心运动，于是地球就受到了两个离心力。
那如果当地球运动到太阳与银心之间时，此时的两个离心力方向相反，离心力就会减小，这个时候地球受到太阳的万有引力将大于离心力，于是地球会向太阳靠近，形成了近日点。
如果当地球位于太阳和银心的同侧，两离心力方向相同，离心力发生叠加会变大，太阳的万有引力小于离心力，地球就会发生远离太阳的现象，这个时候形成了远日点，这就形成了一个椭圆轨道。
举个例子来理解一下，如果站在公交车里，车子向右侧转弯，这个时候你肯定会因为离心力增加而被甩向左侧。我们也可以通过计算来证明地球公转呈现椭圆轨迹，由圆周运动的向心力公式F=mv²/r，这时的向心力F为是由太阳引力的GMm/r²提供。
所以就有mv²/r=GMm/r²，得地球的公转速度v=√GM/r（r是日地平均距离，M为太阳质量，G为万有引力常数），通过这个式子可以发现地球的公转速度只与日地距离有关，而日地距离会发生变化，所以速度也会发生变化。
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