地球的进动和章动

       学过陀螺仪表的人都知道，进动和章动是陀螺的基本特性。地球作为一个大陀螺，除了进行自转和公转外，它的进动和章动也在影响着我们的生活。

    地球的进动

       百度百科这样描述地球进动：由于太阳与月亮的引力作用，地球的自转轴在地球绕太阳与地球的公共质心转动时，并不总是保持在空间的同一方向上。其自转轴绕着地球的公转轴（黄轴）旋转，亦称进动。

       大家看图1，简单地说，进动现象就是地球的自转轴以大约25700年的周期在空间描绘出一个圆锥面，该锥面的顶角等于黄赤交角23.5°，也使春分点沿黄道反向每25700年旋转一周，即每年西移约50.3″。

图1 地球的进动

    地球进动的原因

       原因很简单，就是外力作用。地球自转轴是倾斜的，与地球公转轨道面存在一个66°34′的夹角，这也是一年四季的成因。地球又不是正球体，见图2，它的形状很不规则，隆起的外表受到的日、月引力加上地球自转，形成一个外力距，使地球有被“扶正”的趋势，但转动着的地球产生一种抗力，使地球自转轴不但不会被扶正，还要保持倾角不变。这样，就形成了一个圆锥面。

图2 没有水的地球

       理论上，其他行星也都应对地球有作用力矩。但是，因为它们离地球较远，质量又较小，以致使它们的作用力矩在实际上对地轴的进动不起任何作用。

    地球进动的影响

       地轴进动使北天极不能固定在某一个恒星位置，而在天球上沿一个小圆绕黄极作缓慢移动，25700年绕行一周。离北天极最近的恒星被称为北极星。现在的北天极在小熊座α位置，它就是现在的北极星。然而在公元前2500年的时候，北极星是天龙座α星；到公元3500年，北极星将是仙王座γ星；公元13600年时，北天极将指向天琴座α星。

图3 北极星位置变化

       另外，由于地轴进动方向与地球自转方向相反，即向西，这样就使得地球上的季节变化周期──回归年，稍短于太阳沿黄道运行一周的时间──恒星年，这是因为回归年的度量是以春分点（太阳直射赤道点）为参考点的，而春分点因地轴进动而持续西移。

    地球的章动

       地球章动是地球自转轴的一种摆动，就是说地球自转轴在进行进动的同时，还伴有周期运动的章动，表现形式见图4。地球的进动是一个长周期运动，章动则为18.6年的短周期运动。

图4 地球的章动

    地球章动的原因及影响

       地球自转轴沿光滑圆锥面进动，是只单独考虑月球和太阳的作用，实际情况要复杂得多。对地球自转轴施加外力的不仅有月球和太阳，还有各大行星。日、月、行星的轨道各有各的平面，行星到地球的距离也变化多端，联合作用力的大小和方向是复杂多变的。加之地球本身不是严格的刚体，内部质量分布也不均匀，使得地球自转轴的空间运动也很复杂。天文学上把太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引而引起的地轴长期运动称为日月岁差，而把其它复杂的摆动统归为章动。

       章动引起我们视觉中每月恒星的位置有月周期性的变化，也使南北回归线在一定范围内摆动。