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2013.09.06
圆形轨道与椭圆形轨道
假设你登上华山的东峰，站在朝阳台上，将一块石头水平抛出，会看到它迅速的朝山下坠去，你也许看到它砸在了峰下的某个地方，这时如果你再用力抛出另一块差不多大的石头，如果你还能看到它在山下的落点，那这次的落点一定是比刚才的落点远一些，因为你用了更大的力。
这基于一个事实，地心引力对物体产生向下的拉力，拉力使物体的运动状态发生变化。拉力产生的向下速度相同，因此两块石头从山上到山下的时间也一样。但用的力不同，石头在水平方向运动的速度也就不同，那么相同时间内，它们在水平方向的运动距离必然不同。
再看另一个事实，地球是圆的。在物体下落运动的距离中，地球表面也向下弯曲，那么实际的落点要比在水平面上的落点要远。如果可以让物体的速度足够大，在它朝地面下落1米时，地表亦向下弯曲了1米，它与地表的高度没有变化，这样它就永远不会落地，产生了与地球表面同心的圆形轨道。
保持轨道运动的能力取决于沿地表曲线向前运动的速度，该速度必须保证物体不至于落地才行。由于高度较高的物体比高度较低的物体受到的重力影响要小，因此高度增加时，保证圆形轨道的速度可以降低一些。
如果让物体获得更大速度，在下落1米的时间内，向前运动的距离足以达到地表向下弯曲了2米的地方，这样物体到地表的距离实际上增大了，即高度增加。继续运动则高度不断增加，但由于重力的作用，使上行的物体逐渐慢下来，绕地球半周后，高度最大。接下来物体与地球的高度开始减小，并继续绕地球运动。最后，球又回到原来的位置，恢复原有速度，又开始了一次原来的运动，这样就形成了椭圆轨道。
对椭圆轨道的理解符合我们一般的认识，可以想一想如果你朝空中扔一个石块，它在爬升时开始慢下来，在爬升到最高点时速度最慢，然后它冲向地面速度又开始回升。 椭圆轨道的速度 偏心率值近地点速度
0(圆形)轨道中各点速度相等 0.1远地点速度的122%圆形的105% 0.3远地点速度的186%圆形的114% 0.5远地点速度的300%圆形的122% 0.7远地点速度的567%圆形的130% 0.9远地点速度的1900%圆形的138% 另外一个答案 行星轨道为什么是椭圆形的 其实椭圆轨道类似于弹簧谐振运动，是动能和势能相互转化的结果。
当行星在远地点时，速度小，略低于第一宇宙速度，就被中心天体吸引过来。
随着距离中心天体越来越近，势能转化为动能，行星速度也越来越大，最终再度超过第一宇宙速度，旋转的离心力大于引力，于是行星距离中心天体越来越远，动能转化为势能，速度越来越小。直至略小于第一宇宙速度时(即到达远地点)，重新被吸引回落向中心天体运动。
就这样周而复始。
因为行星形成时初始力量几乎很难恰巧与轨道成切线，所以几乎所有行星轨道都是处于动能势能相互转化状态，现象上体现的就是轨道椭圆形。 为什么南半球的四季与北半球正好相反？首先，夏季与冬季和地球的近日轨道与远日轨道基本无关，因为在浩瀚的宇宙中那一点距离不能消耗多少太阳能。太阳能的消耗主要与阳光通过大气层的距离有关，通过的距离越长耗能越多，反之则少。
这就牵扯到地球的倾斜问题了，上面的"雨过天晴"引用的资料很对，但这些资料往往忽视了关键的一点，就是“地轴永远指向北极星”，地轴倾斜23.5度再加上这一点才是地球有四季，南半球的四季与北半球正好相反的原因。
自己做个模型，地球与太阳处在同一椭圆轨道面上，地球绕太阳旋转，这个面的近轨道斜上方“很远处”有颗北极星，地轴一直指着它。想象一下，地球在远轨道时，地轴也直指着近轨道斜上方的北极星，于是北半球就倾向太阳；地球在近轨道时还指着它，这样南半球就倾向太阳。如果是动态的话，就会是地球从远轨道处转向近轨道处时，地球的北半球倾向太阳却来越少，最后南北一样，此时就是“秋分”；之后就是南半球月来倾向太阳，慢慢到达近轨道处，此此时就是“冬至”（对北半球而言）；然后就是反其道而行之，到达“春分”处；最后回到原点是“夏至”。
只是有了这样的一个物理过程才会有下面的：
“随着地球在公转轨道上位置的不同而改变。地球处在远日点时，太阳直射点位于南半球，南半球昼长夜短，白天日照时间长，又由于阳光的直射，太阳热量经过地球大气时最短，地表单位面积对热量的吸收最大，此时南半球处在夏季。相反地，地球处在远日点时，太阳直射北半球，北半球白天变长黑夜变短，使北半球温度较高而形成夏天，而南半球因为阳光斜射，且昼短夜长，得到的能量较少，因此温度较低而形成冬天。半年后，太阳直射南半球、斜射北半球，因此季节互换，南半球是夏天，而北半球是冬天。如此反复，形成四季更迭。”  地球公转为什么近日点在1月初；远日点在7月初？满意答案薄荷少年 2009-07-16 地球公转是一种周期性的圆周运动，因此，地球公转速度包含着角速度和线速度两个方面。如果我们采用恒星年作地球公转周期的话，那么地球公转的平均角速度就是每年360°，也就是经过365.2564日地球公转360°，即每日约0°.986，亦即每日约59′8″。地球轨道总长度是940000000千米，因此，地球公转的平均线速度就是每年9.4亿千米，也就是经过365.2564日地球公转了9.4亿千米，即每秒钟29.7千米，约每秒30千米。 依据开普勒行星运动第二定律可知，地球公转速度与日地距离有关。地球公转的角速度和线速度都不是固定的值，随着日地距离的变化而改变。地球在过近日点时，公转的速度快，角速度和线速度都超过它们的平均值，角速度为1°1′11″/日，线速度为30.3千米/秒；地球在过远日点时，公转的速度慢，角速度和线速度都低于它们的平均值，角速度为57′11″/日，线速度为29.3千米/秒。地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点，因此，从1月初到当年7月初，地球与太阳的距离逐渐加大，地球公转速度逐渐减慢；从7月初到来年1月初，地球与太阳的距离逐渐缩小，地球公转速度逐渐加快。 我们知道，春分点和秋分点对黄道是等分的，如果地球公转速度是均匀的，则视太阳由春分点运行到秋分点所需要的时间，应该与视太阳由秋分点运行到春分点所需要的时间是等长的，各为全年的一半。但是，地球公转速度是不均匀的，则走过相等距离的时间必然是不等长的。视太阳由春分点经过夏至点到秋分点，地球公转速度较慢，需要186天多，长于全年的一半，此时是北半球的夏半年和南半球的冬半年；视太阳由秋分点经过冬至点到春分点，地球公转速度较快，需要179天，短于全年的一半，此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。由此可见，地球公转速度的变化，是造成地球上四季不等长的根本原因。 |
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