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地球自轉速度[地球自西向東的轉動的速度]

菌心說 >《數(shù)學＋》

2022.01.13

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地球自轉演變

太陽在運行中捕獲了地球，地球產(chǎn)生公轉F和自轉f（如下圖），如果原始地球不存在自轉，地球公轉線速度F和地球赤道自轉線速度f是相等的。

地球自轉速度

地球公轉軌道線速度（平均）為：29.8公里/秒=107280公里/小時。

地球赤道周長：40076公里。

地球最初的自轉一周時間為：

地球自轉一周時間=赤道周長/赤道線速度=40076公里/107280公里/小時=0.37小時。

在距今5.43億年，太陽捕獲地球，地球開始有了陽光，地質(zhì)時期進入顯生宙的古生代，

冰川融化，生物界開始爆發(fā)式出現(xiàn)即開始復活，在巖石建造上出現(xiàn)大量的灰?guī)r。

從地球最初自轉一周0.37小時，經(jīng)過5.43億年，地球自轉一周為24小時，減慢了：

24小時-0.37小時=23.63小時=83880秒。

減慢速率為：83880秒/543000000年=0.00015秒/年。

周期性變化

20世紀50年代從天文測時的分析發(fā)現(xiàn)，地球自轉速度有季節(jié)性的周期變化，春天變慢，秋天變快，此外還有半年周期的變化。周年變化的振幅約為20～25毫秒，主要是由風的季節(jié)性變化引起的。

不規(guī)則變化

地球自轉還存在著時快時慢的不規(guī)則變化。其原因尚待進一步分析研究。

振動數(shù)能

美國國立標準技術研究所（NIST）的觀察結果表明，長時期以來呈減慢趨勢的地球自轉速度自1999年開始加快。NIST的時間測定師們稱，為調(diào)準以地球自轉速度為標準的地球時間和原子時鐘的時間，自1972年起到1999年的27年來為地球的標準時鐘追加過共22閏秒的時間，但1999年后卻沒有追加過閏秒，是因為地球的自轉速度加快了。

格林威治時間所說的一秒是一天的8.641萬分之一，而1972年制作的地球時鐘所定義的一秒是從銫原子中放射出的光振動91億9千2百63萬1千7百70次所需要的時間。

與銫原子振動數(shù)能維持一定速度相比，以地球的自轉為準的格林威治標準時間是發(fā)生變化的，閏秒就是為了解決這種問題產(chǎn)生的一種時間概念。

ω=2π/（24×3600s）=7.27/100000 rad/s

取用恒星或簡單考慮太陽建參考系，綜合考慮地球本身的自轉和公轉，每日（24 hr）地球的自轉角度超過一圈（2π），公轉一圈會積累2π的差角?？紤]此差角的影響，即地球自轉周期有所縮短?，F(xiàn)簡單認為一年有365天，將上式做訂正如下：

ω=2π/（24×3600s×365/366）=7.292/100000 rad/s

變化原因

日本東京工業(yè)大學的一個研究小組在美國《科學》雜志上發(fā)表論文稱，地幔最深層處礦物的導電性能遠高于下層地幔的其他部分，這可能是使地球自轉速度發(fā)生周期性變化的重要原因。地球自轉一周耗時23小時56分，約每隔10年自轉周期會增加或者減少千分之三至千分之四秒。但是科學家們尚不清楚自轉周期發(fā)生這種變化的具體原因。

東京工業(yè)大學教授廣瀨敬的研究小組人員之前發(fā)現(xiàn)與地核相鄰的地幔最深層處存在厚約200公里的礦物層，他們給這種礦物起名為后鈣鈦礦。在研究中，科研人員在實驗室中模擬了后鈣鈦礦在地球內(nèi)部所處的環(huán)境，即約130萬標準大氣壓、2500攝氏度，并在這種狀態(tài)下測定了后鈣鈦礦的導電率，他們發(fā)現(xiàn)后鈣鈦礦層的導電性能是下層地幔其他部分的10倍至1000倍。

研究人員認為，流經(jīng)后鈣鈦礦層的電流較強，這加強了固態(tài)地幔與液態(tài)外層地核之間的電磁耦合作用，結果導致地球自轉發(fā)生周期性的微小變化。

速度計算

①除南北極點外，地球上各點自轉角速度均為15°/小時。

②地球自轉的線速度，赤道最大，從赤道向兩極越來越小，兩極為零。

③已知地球表面某點緯度為φ，地球半徑為R，該點的線速度為v，則v=2πRcosφ/24，

④若求距地面某點（緯度為φ）高度為h上空，同步衛(wèi)星的自轉速度為u ，

則u=2π（Rcosφ+h）/24。

⑤緯度值為φ的緯線上，其線速度為v=1670·cosφkm/h。

⑥地球的自轉速度計算，地球的赤道是L=2πr=2×3.14×6400km=40192km （圓的周長公式），地球自轉一圈是24小時，v=L/t=40192km/24=465.18m/s （速度的定義——路程除以時間），所以地球的自轉速度為465.18m/s。

自轉地理意義

1．東、西半球發(fā)生晝夜交替

2.不同地方的時間差異