宇宙天体系统的场结构、场作用与转动规律的探寻

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[图示]地轴的锥形进动
人们习惯上常以陀螺的进动进行类比，但是两者的进动是有很大区别的。地轴的进动（地轴的长期运动）称为岁差，而其周期运动则称为章动。岁差和章动引起天极和春分点在天球上的运动，对恒星的位置有所影响。公元前二世纪古希腊天文学家喜帕恰斯是岁差现象的最早发现者。
公元四世纪，中国晋代天文学家虞喜根据对冬至日恒星的中天观测，独立地发现岁差并定出冬至点每50年后退一度。太阳在黄道上，从冬至点开始，经过一个回归年的运行不能够回到原来的冬至点，也就是说冬至点每年都要向后(即向西)移动。地球春分点或冬至点的逐渐西移，造成了回归年小于恒星年。
如何理解春分点沿黄道的逐年西移？当地球围绕太阳公转一周时（一个恒星年），假若没有地轴的倾斜进动，那么太阳直射的光还应当照射到上一年的春分点上。但是由于地轴在绕日逆时针公转的同时，还绕黄极轴非常缓慢地顺时针方向倾斜转动，倾斜角即是黄赤交角，这样也就带动地球赤道面绕黄极轴逐年发生微小的转动，当地球绕日公转一周时，太阳直射的光照射不到上一年春分点的位置，而是春分点西边的位置，春分点在黄道上每年约向西移动50''.29 ，也就是说地球环绕太阳一周时，地球已经转过了上一年春分点的位置，以致于回归年小于恒星年20分20秒，造成了春分点的逐年西移即春分点沿黄道顺时针方向移动，同样地夏至点、秋分点和冬至点也是逐年沿黄道顺时针方向向西移动。由于地球进动造成了黄赤交点不固定，使两分点沿黄道缓慢的向西移动，每五十年西移一度（现代值71.62年/度）。现今，北极星是小熊座α星，12000年后，北极星将是天琴座α星（织女）。但是，由于春分点逐年西移的量非常微小，在年份相隔不长的时间里几乎是看不出什么变化，地轴的指向和地球的赤道面方向基本保持不变。若从进动的方向上来看，地轴进动的方向与地球自转和公转的方向相反。从地球往天上看是天北极在画逆时针的圈，若在天上看地球北极，则北极在画顺时针的圈。这也说明地球产生的是一种圆锥形倾斜进动。[参阅资料：地轴始终指向北极星吗？地球在自转的同时，又绕日公转，且地轴与公转轨道面斜交成66.5°的夹角，地轴的倾斜方向保持不变，始终指向北极星附近。这种说法只有目前在较短时间内才是正确的，从长时间看，小熊座α星，中名是勾陈一星并不永远是北极星。现阶段的北极星距天北极有51′的角距。公元1000年时，这颗星离天北极约6°，开始登上北极星的宝座；1940年后，以每年约15″的速度向天北极靠拢，大约在公元2095年，这颗星距天北极的角距达到最小，约26′30″。此后又将远离天北极。因此，在最近一段时间内，小熊座α星成为指示天北极的标志，故叫它北极星。当小熊座α星离天北极较远时，其北极星的资格自然取消。如公元2750年前后，地轴指向天龙座的α星，同样公元4000、7000、10000和14000年时，仙王座γ、仙王座α、天鹅座α和天琴座α将先后成为指示天北极的标志。待到公元27800年，小熊座α星将再次成为北极星。可见，地球自转轴的方向并非永远不变。]
为什么地球还没有环绕太阳一周时，地球就已经提前转动到了春分点的位置呢？地球为什么会产生顺时针方向的圆锥形倾斜进动呢？
这有三种可能的原因：第一种可能的原因是，地球的倾斜进动使得地球的四季点沿黄道顺时针方向逐年西移，并造成地球的回归年小于恒星年，而冬至点和夏至点分别是离地球距离最近的点和最远的点，也是地球绕日椭圆形运行轨道长轴方向上的两个点，地球绕日椭圆轨道长轴上的两个点的逐年顺时针方向移动反映出地球的椭圆轨道也是逐年顺时针方向移动的，这说明地球的椭圆形轨道在逐年不断地产生顺时针方向的进动。而水星的进动则是逆时针方向的，恰好与地球的顺时针进动方向相反。水星的逆时针方向的向前进动是由于受到太阳逆时针方向的旋转场和太阳风的推动作用，因此地球的顺时针方向的后退移动则正说明是受到了逆时针方向的太阳旋转场和太阳风的阻碍作用，以至于地球的回归年小于恒星年。进一步的分析会发现，假如只是存在地球椭形轨道的后退进动，那么地球在绕日逆时针公转的过程中地轴总是表现为一种相互平行的指向，而不是呈现圆锥形进动。虽然地轴顺时针方向的平行后退进动，加上黄赤交角的存在也能够使地球产生春分点或冬至点的逐年西移，但是却不能解释地轴一年四季总是指向北极星的现象，不能解释地轴的圆锥形进动。第二种可能的原因是，地球受到太阳旋流场的旋流作用。地球是在太阳旋转场里面绕日逆时针方向公转，同时地球本身还在自转，地球的面向太阳一侧和背向太阳一侧处于太阳旋流场的不同位置，地球内侧受到太阳旋流场的作用大些，而外侧受到太阳旋流场的作用小些，由于太阳旋流场是逆时针方向旋转的，因此逆时针自转地球的内侧部分受到旋流场的阻碍作用大于外侧部分受到旋流场的推动作用，这将使地球的自转逐渐变慢，而且必然在地球逆时针自转逐渐减慢的过程中，发生春分点或冬至点等节气点出现提前的现象，这种情况虽然能够使春分点或冬至点的西移，但是这样的春分点或冬至点与太阳的距离却不是处于固定的距离上，冬至点和夏至点也将不必然是地球距离太阳最近的点和最远的点。
而第三种可能的原因是，假如地球在太阳旋涡场中产生顺时针的向后滚动，也能够使地球春分点产生逐年西移和产生圆锥形进动，这正是本文所要重点讨论的内容。因为地球在太阳场里面是呈现顺时针方向的圆锥形倾斜进动，地球的圆锥形倾斜进动说明了太阳场总是不间断地提供给地球一个指向黄极轴方向的支撑力，而太阳的旋涡场恰好能够满足这种锥形进动的条件，所以地球的锥形进动与太阳场的旋涡构形直接相关。
春分点或冬至点逐年后移说明地球在绕日逆时针公转的同时地轴还产生一个与公转反向的顺时针方向运动（从黄北极来看地轴进动是顺时针运转的），这也同时导致地轴北极星指向的更替。牛顿是第一个指出产生岁差的原因是太阳和月球对地球赤道隆起部分的吸引。他指出，因为地球与其轨道平面(黄道面)成一倾斜角，所以作用在地球赤道鼓出部分的太阳引力，一定要引起地球的自转轴绕着垂直于黄道面的直线缓慢地转动，在太阳和月球的引力作用下，地球自转轴绕着黄道面的垂直轴旋转，在空间绘出一个圆锥面，绕行一周约需25800年。在天球上天极绕黄极描绘出一个半径约为23°26＇(黄赤交角)的小圆，即春分点每25800年旋转一周。这种由太阳和月球引起的地轴的长期运动称为日月岁差。德国天文学家贝塞耳首次算出日月岁差为5,035".05(历元1755.0)，今值为5,029".0966(历元2000.0)。
传统上人们是按照牛顿对于岁差的解释来分析地轴进动的。传统的解释是，地轴的进动是因为地球赤道部分的隆起和月球、太阳对地球赤道隆起部分的引力作用，所以导致赤道面和黄道面互相重合的趋势，地轴才会象陀螺那样倾斜进动，周期为25800年。地轴进动的结果，使地轴所指方向发生变动，从而出现天极的移动和北极星更替现象。[参阅资料：岁差：春分点在黄道上长期西移的现象。地球是椭球体，赤道与黄道斜交，太阳、月球都在黄道面附近，它们对地球赤道带突出部分的附加引力，有将地球赤道面拉向与黄道面重合的趋势。在自转很快的地球的抵抗下，产生地轴绕黄道轴作圆锥运动。春分点沿黄道每年西移50.2564角秒（1976年国际天文学会通过对于标准历元2000年的新值为50.290966）。造成回归年比恒星年短20分24秒。春分点约需25800年内绕行一周，称为一个““宇宙年”。]
这里引用两例网上资料关于地轴进动的分析作以说明。
例一：
地轴的进动类似于陀螺的旋转轴环绕铅垂线的摆动。当急转的陀螺倾斜时，旋转轴就绕着与地面垂直的轴线，画圆锥面，陀螺轴发生缓慢的晃动。这是因为地球引力有使它倾倒的趋势，而陀螺本身旋转运动的惯性作用，又使它维持不倒，于是便在引力作用下发生缓慢的晃动。这就是陀螺的进动。
地球的自转，就好像是一个不停地旋转着的庞大无比的大“陀螺”，由于惯性作用，地球始终在不停地自转着。地球自身的形状类似于一个椭球体，赤道部分是凸出的，即有一个赤道隆起带。同时，由于黄赤交角的存在，太阳中心与地球中心的连线，不是经常通过赤道隆起带的。所以，太阳对地球的吸引力，尤其是对于赤道隆起带的吸引力，是不平衡的。另外，月球绕地球公转的轨道平面，与黄道面和天赤道面都不重合，与黄道面呈5°9′的夹角，也就是说，地球中心与月球中心的连线，也不是经常通过赤道隆起带。所以，月球对地球的吸引力，尤其是对赤道隆起带的吸引力，也是不平衡的。如图所示，据万有引力定律,F1＞F2。


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