地球的运行轨道

地球的运行轨道

地球的运行轨道，地球轨道是指地球围绕太阳运行的路径，但其中有一种十分特殊的轨道制，叫地球静止轨道。一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。以下带你了解地球的运行轨道的内容。

　　地球的运行轨道1

地球的运行轨道为什么是椭圆，而不是正圆？

在百度百科中我们可以查到，地球轨道是指地球围绕太阳运行的路径，大体呈偏心率很小的椭圆，其半长轴（a）1.496×108千米，而在其他的星球在围绕太阳转动时，根据我们的经验，大多都是椭圆形的轨道，彗星的尤为明显。那么为什么会是椭圆这种形状呢？

但是，你有没有想过，问题并不是它为何如此，而是它本应如此。

在我们的现实接触的物理常识都是出于伽利略变换，伽利略变换是由两个相对做等速直线运动的参考系中的时空变换，它非常精准的描述了我们日常生活的低速世界，在伽利略变换中，我们的时间是线性的，均匀流逝的，空间是独立的，我们测得的距离与在其中物体的运动无关。但爱因斯坦在提出相对论后我们发现很多很直观的公式在达到光速时都并不能适用了。

在伽利略变换中我们将世界看做三维的空间，如果去确定一个东西的位置，只需要去确定三个点的坐标，每一个点代表一个空间维度，这样这个地方的具体位置便确定了。

但爱因斯坦在狭义相对论中不同意这种模型，他扩充坐标点的三维转动对称性，加入时间，时间坐标并不是独立于空间的坐标，事件需要用四个坐标来标记；加入时间后，两个时间之间的联系成为时空间隔。

当一个粒子在时空运动时，它的轨迹是一条线，它的世界线，你身体中所有的粒子都会描绘出一条世界线，如有有一个高维空间的“人”观察时，你的一生就是粒子世界线的集合：所有的世界线收敛在你出生之时，犹如一条条蠕虫在时空中蜿蜒行进，你死后他们各自按自己行程独自继续前进。

在四维的`模型中，在测时空间隔的公式类似于两点间的距离，但时间和空间单位不同，需要加入一个变换因子，即光速，光速作为空间和时间中不变量，即所有速度下的观测者测量的光速都是c；

但不同惯性观测者之间的坐标关系公式为洛伦兹变换，洛伦兹变换将空间坐标和时间坐标混合起来。在一个接近光速的惯性观测者和相对静止中的观测者测得的时间和距离都是不同的，时间的现象叫做时间膨胀，空间的现象叫做长度收缩；

如果时间可以膨胀，空间可以变短，那么我们使用的常量便需要谨慎对待，能量是我们用常量定义出来的，如果一个子弹的速度接近光速，在测量中根据洛伦兹不变性。

可以测得子弹具有不同的值，子弹的质量随着速度加快而变大，增大的质量来源于能量，他们的关系是E=mc；能量与质量并非独立的。物质可以创造也可以消灭，只要对应的能量改变，质量只是能量的另一种高度凝聚的形式。

以上的观点便是爱因斯坦提出的狭义相对论，在狭义相对论中，主要为惯性观测者，这样的观测者可以意识到两个事件时空间隔的不变性，但对于非惯性观测者则不同，而我们所处于的位置并不同于惯性观测者，我们是非惯性观测者，接下来就是广义相对论的思想。

你在一个密封的屋子里，不会知道自己是否运动和多快的速度，但加速度会让你感觉到力，即“惯性力”，那么你在地球表面上和在1g加速度的飞船上感觉到的重量有区别吗？并没有，这便是爱因斯坦提出的等效原理——局域的引力场与加速运动不能区分。

那么，如果你在一个加速的房间里，对着墙发射一束激光，这时飞船加速了，你的激光击中的位置便偏下了，即加速度使光的运动路径看起来变弯了，等效原理来看，引力场同样能使光线弯曲。

那么这个问题惊奇的发现光的传播两点距离最短，那么在这路径上最短的距离不是一条直线而是曲线，意味着，引力场存在的话，空间是弯曲的。

而在加速度中，测得的频率同样会发生变化，远离观测者的辐射会拉长，频率变低，称为红移，向着观测者的运动的物体辐射压缩，频率增高，称为蓝移；而钟的根本含义是固定时间间隔内重复同一动作的装置，那么频率的改变意味着引力场中不同位置的时间的快慢是不同的。所以在加速度的情况下或者引力场的情况下，时间也是弯曲的。

最后的结论是引力是可以弯曲时空的，爱因斯坦认为，引力就是时空几何结构的弯曲和扭曲。

那么我们看世界的方式便可以改变：光的传播路径必须是两点之间的传播时间最短的路径，通常我们认为两点之间最短的是直线，光在两点之间直线传播，因此我们一般认为空间是平坦的欧几里得平面，如果光在引力场中发生弯曲，那么两点之间最短的传播路径应该是一条曲线，而不是一条直线。

我们回到之前的问题，地球之所以不按照圆形轨道围绕太阳运动，是因为有力的作用迫使他不能这样运动，也就是说椭圆形的路径这本来就是地球在时空中最直的运动路径，时空的弯曲是因为太阳的质量和能量造成的。

　　地球的运行轨道2

地球同步卫星轨道

若卫星轨道倾角为0°，赤道平面与轨道平面重合，则卫星在赤道上空，并且卫星的轨道周期等于地球的自转周期，其旋转方向相同，这样的轨道称做地球同步卫星轨道。从地面上看，这种轨道上的卫星相对地球赤道上某一点不动，故又称静止卫星轨道。实现地球同步轨道，必须满足以下条件：卫星运行方向与地球自转方向相同；轨道倾角为0°；

轨道偏心率为0，即轨道是圆形的；轨道周期等于23小时56分04秒，即等于地球自转周期。静止卫星的高度为35860 公里。 事实上，静止卫星轨道不完全是圆形，带有一点椭圆形，在一天当中轨道半径时大时小，轨道半径偏大时，卫星速度减小，其相对地球就要向西漂移，否则要向东漂移。

另外卫星的轨道倾角也不正好为0°，这时卫星作南北漂移。若卫星轨道有点椭圆形，又有一点倾角，则卫星星下点轨迹是上面两种结果的合成，使得每天星下点轨迹为"8" 字形。

　　地球的运行轨道3

地球太阳月球三者的运行轨迹及方向

地球围绕太阳运行和月球围绕地球运行的轨道都可以近似地看做是圆形。但与太阳本身的运动叠加起来，地球的轨道和月球的轨道就都成为螺旋线了。

太阳与太阳系全体成员一起，围绕着银河系中心运行。但由于它的运行轨道直径非常大，在考查三者同时在空间中的运动时，可以把太阳的运行轨迹看做是一条直线。具体的运动方向是向着武仙座中某一点的方向。

太阳是一个巨大而炽热的气体星球。知道了日地距离，再从地球上测得太阳圆面的视角直径，从简单的三角关系就可以求出太阳的半径为69.6万千米，是地球半径的109倍。由此可以算出太阳的体积为地球的130万倍。