“地球轨道”是一个什么概念？

什么是地球轨道三要素？~

地球沿着椭圆形轨道绕太阳公转，这个椭圆形轨道可能很“圆”，也可能很“扁”，这或“圆”或“扁”的程度用偏心率е来表示。е介于0和1之间，е越小说明轨道越“圆”，е越大说明轨道越“扁”。е=0表示轨道是正圆，е=1则表示轨道无限“扁”，成了一条直线。实际上地球公转轨道一般是接近正圆而稍稍有点“扁”，所以е的值一般是接近于0的一个很小的数。目前地球公转轨道的偏心率е=0.0167。
偏心率е的变化周期约为10万年左右。
地球一方面沿着自转轴（或叫地轴）自转，另一方面又围绕太阳公转。地球绕太阳公转的轨道所形成的平面叫做黄道面。地球在自转的过程中，自转轴有可能“立”在黄道面上，即垂直于黄道面；也有可能“躺”在黄道面上，即自转轴与黄道面的夹角为0度；但更多的时候是“斜插”在黄道面上，即地轴与黄道面的夹角介于0°～90°之间。地轴相对于黄道面倾斜的程度通常用“黄道倾斜”来表示。当然，黄道倾斜不是用地轴与黄道面的夹角表示的，而是用地球的赤道面与黄道面的夹角表示的，所以又叫“黄赤交争”（ε）。赤道面垂直于地轴，所以地轴与黄道面的夹角和黄赤交角ε是互补的，即两者之和等于90°。如现在的黄赤交角ε=23°7′，，则地轴与黄道面的夹角为66°33′。
黄赤交角的变化周期大约是4.1万年。
地球的自转轴在地球中的位置也不是固定不变的，由于受到太阳、月亮和其他天体的引力作用，地轴的位置也不断地发生移动，这种移动不是平行移动，而是绕着某根轴（黄极）的“摇头运动。”这样，相应的赤道面、黄道面也缓缓地移动，其结果使得地球轨道上的季节位置不断前移，这就是“岁差”（ρ）。岁差运动使地球的北极指向发生变化，目前是指向北极星（小熊座α），而2000年后将指向仙王座γ。
岁差的周期大约是2.1万年。
偏心率（е）、黄赤交角（ε）和岁差（ρ）合起来成为地球轨道三要素。
在20世纪初，天文界已经掌握了地球轨道三要素在过去60万年内变动的规律。米兰柯维奇就想：如果算出地球在过去60万年里，由于地球轨道三要素变化导致的地球接受太阳辐射量的变化，再把这个变化与这60万年内的气候变化相比较，结果如何呢？如果两者有某种相似之处，就说明地球气候的变化与轨道要素变化有关。
于是他开始做这项艰苦的工作。他首先把一年分成夏半年（从春分到秋分）和冬半年（从秋分到次年的春分）。当然，米兰柯维奇所讲的冬、夏都是以北半球为准的。实际上北半球与南半球的季节正好相反：当北半球的中国等地处于寒冷的冬季时，南半球的澳大利亚等地恰好是炎热的夏季。因此，这里所说的夏半年实际上包括北半球的夏半年和南半球的冬半年；而这里所说的冬半年则包括北半球的冬半年和南半球的夏半年。
米兰柯维奇以当时天文界所掌握的地球轨道三要素在过去60万年的变动规律为基础，推出了一系列计算太阳辐射量的数学公式，在没有电子计算机的困难条件下，他花了整整20年功夫，终于成功地算出了过去60万年内，不同纬度地区，由于地球轨道三要素的变动所引起的天文辐射夏半年和冬半年总量的变化曲线。
这里，所谓天文辐射是指太阳投射到大气圈上界的辐射量。米兰柯维奇把太阳辐射量的变化转化为相应的温度的变化；然后他又把太阳辐射量转化为相应的纬度的变化。这是一个相当复杂的过程。
于是，在米兰柯维奇面前呈现着两种来源完全不同的资料：
一方面，地球轨道三要素的变动是自然的，实实在在的。人们可以借助有关仪器观测到这种变动，也可以通过天体力学的公式计算出这种变动。而现在，米兰柯维奇又把这种变动所引起的全球各地冬、夏半年的太阳辐射量的变化计算出来了。应该说，这个变化也是客观存在的事实。
另一方面，由彭克等地质学家所提供的第四纪气候变迁的经典模式也是实实在在的、证据充分，因为这些资料也不是人们凭空捏造的。
米兰柯维奇把两者的曲线进行比较，发现两者具有某些相似性。于是，米兰柯维奇确信：第四纪气候变迁的原因是地球接受的太阳辐射量变化的结果，而太阳辐射量的变化又是由地球轨道三要素变动所引起的。这就是著名的“米兰柯维奇理论”，简称“米氏理论”。这一理论实际上是后来蓬勃发展的天文气候学的雏形。
米兰柯维奇能创造这一理论不是偶然的。他学识非常渊博，对气候学、数学、天文学和第四纪地质学都相当精通，所以能集古今之大成，在科学的发展道路上开辟新的纪元。
当米氏理论被广泛承认的时候，一个问题也接踵而至。
米兰柯维奇等科学家的计算（包括当代用计算机计算的最精确的结果）表明，太阳辐射量的变化是冬、夏恰好相反的，北半球和南半球也恰好相反。换句话说，当北半球的冬半年的太阳辐射量增加时，与此同时北半球的夏半年的太阳辐射量便减少。反过来也是这样。
按照传统观点，如果地球表层所获得的太阳辐射量增多，那么地球表面的温度便相应地上升；反之亦然。这似乎是顺理成章的事。既然科学家计算出冬、夏半年的太阳辐射量的变化是相反的，那么，冬、夏半年的温度变化也应该是相反的。也就是说，当冬季增温时，夏季应该降温；而冬季降温时，夏季应该增温。
可是，地质学家所揭示的事实却不是这样的。1981年，我国科学家徐钦琦把过去13万年内各地的氧同位素汇集在一起，它们清楚地表明：气候变迁是全球性的，冬、夏温度的变化方向和变化模式是大体相似的。即当冬季变冷时，夏季也变凉，而当冬季变暖时，夏季则变得更热了。而且，冬、夏温度变化的幅度也相当接近。其他科学家的研究也说明了这一点。
这究竟是怎么一回事？国外有科学家称之为“地质证据与理论的明显冲突”，而徐钦琦称它为“事实对传统观点的挑战”。于是，徐钦琦经过反复研究，总结出天文气候学的两个定律：当北半球冬半年的全球各地太阳辐射量的平均偏离量减少时，全世界的冬季温度便随之下降；反之亦然。这是天文气候学第一定律。
当北半球夏半年的全球各地太阳辐射量的平均偏离量增多时，全世界的夏季温度不仅没有增高，反而降低了；反之亦然。这是天文气候学第二定律。
有了天文气候学两定律，许多以前难以解释的现象就迎刃而解了。
天文气候学第一定律告诉我们，地球北半球的冬半年所接收的太阳辐射量的变化与气温成正比。倒数第三次冰期特别冷，冰川范围也特别广，为什么？天文学家的计算表明，这期间北半球冬半年的太阳辐射量达到了比较突出的小值阶段。在“北京人”生活的那个阶段，温暖期和寒冷期为什么都不那么突出呢？计算结果很清楚地表明，这期间北半球冬半年的太阳辐射量既没有突出的大值阶段，也没有突出的小值阶段的，所以那几个阶段气候既不十分炎热，也不十分寒冷。
米兰柯维奇理论加上天文气候学两定律，对于解释最近100万年内的气候变迁是非常成功的。可再往前推，要解释300万年、500万年乃至6000万年甚至数亿年前的气候变迁，就无能为力了。

太空轨道是一个抽象概念。当火箭速度超过第一宇宙速度7.9公里/秒后进入太空，失去动力后，由于没有空气阻力，它仍能按固定的速度飞行。当飞行时产生的离心力相当于地球的地心引力时就会按一定的高度围绕地球作圆周运动，这个运行轨迹就称为太空轨道。
理论上来说，任何一个高度都能做轨道，但由于一定高度仍有稀薄的空气，会产生阻力，一定的高度到了一定的时间就会掉下来；再由于离地球越远，地心引力会减弱，就会逃离地球，飞向太空，所以科学家划定了适合使用的区域。
人造地球卫星轨道的确定：卫星在轨道上绕地球卫星主要是由发射时提供的能量，给了卫星相应的速度，这个速度的大小和方向决定了轨道的高度，另外卫星也可以携带燃料，在绕地球运行的过程中进行变轨制动，以改变速度的方式改变轨道高度。
人造卫星在轨道上运行的原理：卫星之所以会按即定的轨道运行，主要原理是万有引力提供其绕地球运行的向心力，而这些数据都是提前计算好的。
人造卫星的轨道分类：
低轨道：卫星飞行高度小于1000公里；
中高轨道：卫星飞行高度在1000公里到20000公里之间；
高轨道：卫星飞行高度大于20000公里。
一般低轨道的卫星由于受大气阻力的影响较大，寿命就会比较短。高轨道卫星则寿命较长。地球的自然卫星——月球，已绕地球运行了几十亿年。
就人造地球卫星来说，其轨道按高度分低轨道和高轨道，按地球自转方向分顺行轨道和逆行轨道。这中间有一些特殊意义的轨道，如赤道轨道、地球同步轨道、对地静止轨道、极地轨道和太阳同步轨道等。
卫星轨道的形状和大小是由长轴和短轴决定的，而交点角Ω、近地点幅角ω和轨道倾角i则决定轨道在空间的方位。这五个参数称为卫星轨道要素（根数）。有时还加过近地点时刻tp，合称为六要素。有了这六要素，就可知道任何时刻卫星在空间的位置。
高低轨道没有明确的划分界限，一般把离地面几百公里的卫星轨道称为低地球轨道。轨道倾角为零，轨道平面与地球赤道平面重合。这种轨道叫赤道轨道。
轨道高度为35786公里时，卫星的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨道叫地球同步轨道；如果地球同步轨道的倾角为零，则卫星正好在地球赤道上空，以与地球自转相同的角速度绕地球飞行，从地面上看，好像是静止的，这种卫星轨道叫对地静止轨道，它是地球同步轨道的特例。对地静止轨道只有一条。
轨道倾角为90度时，轨道平面通过地球两极，这种轨道叫极地轨道。如果卫星的轨道平面绕地球自转轴的旋转方向、角速度与地球绕太阳公转的方向和角速度相同，则它的轨道叫太阳同步轨道。太阳同步轨道为逆行轨道，倾角大于90度。

你要什么有什么————————
地球是太阳系八大行星之一，国际名称为“该娅”，按离太阳由近及远的次序数是第三颗。它有一颗天然的卫星---月球，二者组成一个天体系统---地月系统。

地球自西向东自转，同时又围绕太阳公转。地球自转与公转运动的结合使其产生了地球上的昼夜交替和四季变化(地球自转和公转的速度是不均匀的)。同时，由于受到太阳、月球、和附近行星的引力作用以及地球大气、海洋和地球内部物质的等各种因素的影响，地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球体，极半径比赤道半径短约21千米。

阿波罗飞船在月球上看到地球是由一系列的同心层组成。地球内部有核（地核）、幔（地幔）、壳（地壳）结构。地球外部有水圈和大气圈，还有磁层，形成了围绕固态地球的美丽外套。

地球作为一个行星，远在56亿年以前产生于原始太阳星云。

地球的基本参数：

赤道半径: ae = 6378136.49 米

极半径: ap = 6356755.00 米

平均半径: a = 6371001.00 米

赤道重力加速度: ge = 9.780327 米/秒2

平均自转角速度: ωe = 7.292115 × 10-5 弧度/秒

扁率: f = 0.003352819

质量: M⊕ = 5.9742 ×1024 公斤

地心引力常数: GE = 3.986004418 ×1014 米3/秒2

平均密度: ρe = 5.515 克/厘米3

太阳与地球质量比: S/E = 332946.0

太阳与地月系质量比: S/(M+E) = 328900.5

公转时间: T = 365.2422 天

离太阳平均距离: A = 1.49597870 × 1011 米

公转速度: v = 11.19 公里/秒

表面温度: t = - 30 ～ +45

表面大气压: p = 1013.250毫巴

表面重力加速度(赤道) 978.0厘米/秒2

表面重力加速度(极地) 983.2厘米/秒2

自转周期 23时56分4秒(平太阳时)

公转轨道半长径 149597870千米

公转轨道偏心率 0.0167

公转周期 1恒星年

黄赤交角 23度27分

地球各圈层结构

地球海洋面积 361745300平方公里

地壳厚度 80.465公里

地幔深度 2808.229公里

地核半径 3482.525公里

表面积 510067866平方公里

人们对于地球的结构直到最近才有了比较清楚的认识。整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。在天文学中，研究地球内部结构对于了解地球的运动、起源和演化，探讨其它行星的结构，以至于整个太阳系起源和演化问题，都具有十分重要的意义。

地球圈层分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可进一步划分为三个基本圈层，即地幔圈、外核液体圈和固体内核圈。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软流圈，它是地球外圈与地球内圈之间的一个过渡圈层，位于地面以下平均深度约150公里处。这样，整个地球总共包括八个圈层，其中岩石圈、软流圈和地球内圈一起构成了所谓的固体地球。对于地球外圈中的大气圈、水圈和生物圈，以及岩石圈的表面，一般用直接观测和测量的方法进行研究。而地球内圈，目前主要用地球物理的方法，例如地震学、重力学和高精度现代空间测地技术观测的反演等进行研究。地球各圈层在分布上有一个显著的特点，即固体地球内部与表面之上的高空基本上是上下平行分布的，而在地球表面附近，各圈层则是相互渗透甚至相互重叠的，其中生物圈表现最为显著，其次是水圈。

大气圈

大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

水圈

水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。从离地球数万公里的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗"蓝色的行星"。地球水圈总质量为1.66×1024克，约为地球总质量的3600分之一，其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙和土壤中）水的35倍。如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600米的水层所均匀覆盖。大气圈和水圈相结合，组成地表的流体系统。

生物圈

由于存在地球大气圈、地球水圈和地表的矿物，在地球上这个合适的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。人们通常所说的生物，是指有生命的物体，包括植物、动物和微生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。据统计，在地质历史上曾生存过的生物约有5－10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过程中，绝大部分都已经灭绝了。现存的生物生活在岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水圈的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。

岩石圈

对于地球岩石圈，除表面形态外，是无法直接观测到的。它主要由地球的地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面（莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。由于岩石圈及其表面形态与现代地球物理学、地球动力学有着密切的关系，因此，岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详细、最彻底的固体地球部分。由于洋底占据了地球表面总面积的2/3之多，而大洋盆地约占海底总面积的45％，其平均水深为4000～5000米，大量发育的海底火山就是分布在大洋盆地中，其周围延伸着广阔的海底丘陵。因此，整个固体地球的主要表面形态可认为是由大洋盆地与大陆台地组成，对它们的研究，构成了与岩石圈构造和地球动力学有直接联系的"全球构造学"理论。

软流圈

在距地球表面以下约100公里的上地幔中，有一个明显的地震波的低速层，这是由古登堡在1926年最早提出的，称之为软流圈，它位于上地幔的上部即B层。在洋底下面，它位于约60公里深度以下；在大陆地区，它位于约120公里深度以下，平均深度约位于60～250公里处。现代观测和研究已经肯定了这个软流圈层的存在。也就是由于这个软流圈的存在，将地球外圈与地球内圈区别开来了。

地幔圈

地震波除了在地面以下约33公里处有一个显著的不连续面（称为莫霍面）之外，在软流圈之下，直至地球内部约2900公里深度的界面处，属于地幔圈。由于地球外核为液态，在地幔中的地震波S波不能穿过此界面在外核中传播。P波曲线在此界面处的速度也急剧减低。这个界面是古登堡在1914年发现的，所以也称为古登堡面，它构成了地幔圈与外核流体圈的分界面。整个地幔圈由上地幔（33～410公里深度的B层，410～1000公里深度的C层，也称过渡带层）、下地幔的D′层（1000～2700公里深度）和下地幔的D〃层（2700～2900公里深度）组成。地球物理的研究表明，D〃层存在强烈的横向不均匀性，其不均匀的程度甚至可以和岩石层相比拟，它不仅是地核热量传送到地幔的热边界层，而且极可能是与地幔有不同化学成分的化学分层。

外核液体圈

地幔圈之下就是所谓的外核液体圈，它位于地面以下约2900公里至5120公里深度。整个外核液体圈基本上可能是由动力学粘度很小的液体构成的，其中2900至4980公里深度称为E层，完全由液体构成。4980公里至5120公里深度层称为F层，它是外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层。

固体内核圈
地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了，它位于5120至6371公里地心处，又称为G层。根据对地震波速的探测与研究，证明G层为固体结构。地球内层不是均质的，平均地球密度为5.515克/厘米3，而地球岩石圈的密度仅为2.6～3.0克/厘米3。由此，地球内部的密度必定要大得多，并随深度的增加，密度也出现明显的变化。地球内部的温度随深度而上升。根据最近的估计，在100公里深度处温度为1300°C，300公里处为2000°C，在地幔圈与外核液态圈边界处，约为4000°C，地心处温度为 5500 ～ 6000°C。

太阳系九大行星之一 。地球在 太阳系中并不居显著的地位，而太阳也不过是一颗普通的恒星。但由于人类定居和生活在地球上，因此对它不得不寻求深入的了解。

行星地球 按离太阳由近及远的顺序，地球是第3个行星，它与太阳的平均距离是 1.496亿千米 ，这个距离叫做一个天文单位（A） 。地球的公转轨道是椭圆形 ，其轨道长半径为149597870千米，轨道偏心率为0.0167 ，公转轨道运动的平 均速度是29.79千米／秒。

地球的赤道半径约为 6378 千米 ，极半径约为6357千米，二 者相差约21千米 。地球的平均半径约为6371千米 。地球的平均密度为5.517 克／厘米 。地球的尺度和其他参量见表。

形状和大小 中国古代对天地的认识有所谓浑天说。东汉张衡在《浑天仪图注》里写道：“天体圆如弹丸，地如鸡中黄……天之包地犹壳之裹黄。”地球是圆的这个概念在远古就已模糊地存在了 。723 年唐玄宗派一行和南宫说等人 ，在今河南省选定同一条子午线上的 13 个地点 ，测量夏至的日影长度和北极的高度 ，得到子午线一度之长为351里80步 ( 唐代的度和长度单位 )。折合现代的尺度就是纬度 一度长132.3千米，相当于地球半径为7600千米 ，比现代的数值约大20％。这是地球尺度最早的估计( 埃及人的测量更早 一些，但观测点不在同 一 子午线上 ，而且长度单位核算标 准不详，精度无从估计）。

精确的地形测量只是到了牛顿发现万有引力定律之后才有可能，而地球形状的概念也逐渐明确。地球并非是很规则的正球体。它的表面可以用一个扁率不大的旋转椭球面来极好地逼近。扁率e为椭球长短轴之差与长轴之比 ，是表示地球形状的一个重要参量。经过多年的几何测量、天文测量以至人造地球卫星测量，它的数值已经达到很高的精度。这个椭球面不是真正的地球表面，而是对地面的一个更好的科学概括，用来作为全球各地大地测量的共同标准，所以也叫做参考椭球面 。按照 这个参考椭球面 ，子午圈上一平均度是111.1千米 ，赤道上一平均度是111.3千米 。在参考椭球面上重力势能是相等的，所以在它上面各点的重力加速度是可以计算的，公式如下：

g0＝9.780318（1＋0.0053024sin2j

－0.0000059sin2j）米／秒2， 式中g0是海拔为零时的重力加速度，j是地理纬度 。知道了地球形状、重力加速度和万有引力常数G＝6.670×10-11牛顿·米2／千克2，可以计算出地球的质量M为 5.976×1027克。

自转 由于地球转动的相对稳定性 ，人类生活历来都利用它作为计时的标准，简单地说，地球绕太阳公转一周的时间叫做一年，地球自转一周的时间叫做一日。然而由于地球外部和内部的原因，地球的转动其实是很复杂的。地球自转的复杂性表现在自转轴方向的变化和自转速率即日长的变化。

自转轴方向的变化中，最主要的是自转轴在空间绕黄道轴缓慢旋进，造成春分点每年向西移动50.256〃的岁差。这是日、月对地球赤道突出部分吸引的结果。其次是地球自转轴相对于地球本身的位置变化，造成了地面各点的纬度变化。这种变化主要有两种成分 ：一种以一年为周期 ，振幅约为0.09〃，是大气和海水等季节性变化所引起的，是一种强迫振动；另一种成分以14个月为周期，振幅约为0.15〃，是地球内部变化所引起的，叫做张德勒摆动，是一种自由振动 。此外还有一些较小的自由振动。

转速的变化造成日长的变化。主要有3类 ：长期变化是减速的，使日长每百年增加1 ～ 2毫秒 ，是潮汐摩擦的结果；季节性变化最大可使日长变化0.6毫秒 ，是气象因素引起的；

不规则的短期变化，最大可使日长变化4毫秒 ，是地球内部变化的结果。

表面形态和地壳运动 地球的表面形态是极复杂的 ，有绵亘的高山，有广袤的海盆，还有各种尺度的构造。

地表的各种形态主要不是外力造成的，它们来源于地壳的构造运动。地壳运动的起因至少有以下几种设想：①地球的收缩或膨胀。许多地学家认为地球一直在冷却收缩，因而造成巨大的地层褶皱和断裂。然而观测表明，地面流出去的热量和地球内部因放射性物质的衰变而生出的热量是同量级的。也有人提出地球在膨胀的论据。这个问题现在尚无定论。②地壳均衡。在地壳以下的某一定深度，单位面积上的载荷有一种倾向于均等的趋势。地面上的巨大高差为地下深部横向物质流动所调节。③板块大地构造假说——地球最上层约八、九十千米厚的岩石层是由几块巨大的板块组成的。这些板块相互作用和相对运动就产生地面上一切大地构造现象 。板块运动的动力来自何处，现在还不清楚，但不少人认为地球内部物质的对流起了决定性的作用。

电磁性质 地磁场并不指向正南。11世纪中国的《梦溪笔谈》就有记载。地磁偏角随地而异。真正地磁场的形态是很复杂的。它有显著的时间变化，最大的变化幅度可达到总地磁场的千分之几或更高。变化可分为长期的和短期的。长期变化来源于地球内部的物质运动；短期变化来源于电离层的潮汐运动和太阳活动的变化。在地磁场中，用统计平均或其他方法将短期变化消去后就得到所谓基本地磁场。用球谐分析的方法可以证明基本地磁场有99％以上来源于地下，而相当于一阶球谐函数部分约占80％，这部分相当于一个偶极场，它的北极坐标是北纬78.5°，西经69.0°。短期变化分为平静变化和干扰变化两大类。平静变化是经常出现的，比较有规律并有一定的周期，变化的磁场强度可达几十纳特 ；干扰变化有时是全球性的 ，最大幅度可达几千纳特 ，叫做磁暴。

基本磁场也不是完全固定的，磁场强度的图像每年向西漂移0.2°～0.3°，叫做西向漂移。这就指出地磁场的产生可能是地球内部物质流动的结果。现在普遍认为地球核主要是铁镍组成的（还包含少量的轻元素）导电流体，导体在磁场中运动便产生电流。这种电磁流体的耦合产生一种自激发电机的作用，因而产生了地磁场。这是当前比较最为人接受的地磁场成因的假说。

当岩浆在地磁场中降温而凝固成岩石时，便受到地磁场磁化而保留少许的永久磁性，称为热剩磁。大多数岩浆岩都带有磁性，其方向和成岩时的地磁场方向一致。由相同时代的不同岩石标本可以确定成岩时地球磁极的位置。但由不同地质时代的岩石标本所确定的地磁极位置却是不同的。这就给大陆漂移的假说提供了一个有力的证据。人们还发现，在某些地质时代成岩的岩石，磁化方向恰好和现代的地磁场方向相反。这是由于地球在形成之后，地磁场曾多次自己反向的结果。按照自激发电机地磁场成因假说，这种反向是可以理解的。地磁场的短期变化可以感应地下电流，而地下电流又引起地面的感应磁场。地下电流同地下物质的电导率有关，因而可由此估计地球内部的电导率分布。然而计算是复杂的，而且解答不单一。现在所能取得的一致意见是电导率随深度而增加，在60～100千米深度附近增加很快 。在400～700千米的深处，电导率又有明显的变化，此处相当于地幔中的过渡层（又叫C层）。

温度和能源 地面从太阳接受的辐射能量每年约有10焦耳，但绝大部分又向空间辐射回去，只有极小一部分穿入地下很浅的地方。浅层的地下温度梯度约为每增加30米，温度升高1℃ ，但各地的差别很大 。由温度梯度和岩石的热导率可以计算热流 。由地面向外流 出的热量 ，全球平均值约为6.27 微焦耳／厘米秒 ，由地面流出的总热能约为10.032×1020焦耳／年。

地球内部的一部分能源来自岩石所含的放射性元素铀 、钍、钾。它们在岩石中的含量近年来总在不断地修正，有人估计地球现在每年由长寿命的放射性元素所释放的能量约为9.614×1020焦耳 ，与地面热流很相近 ，不过这种估计是极其粗略的，含有许多未知因素。另一种能源是地球形成时的引力势能，假定地球是由太阳系中的弥漫物质积聚而成的 。这部分能量估计有25×1032焦耳 ，但在积聚过程中有一大部分能量消失在地球以外的空间 ，有一小部分 ，约为1×1032焦耳，由于地球的绝热压缩而积蓄为地球物质的弹性能。假设地球形成时最初是相当均匀的，以后才演变成为现在的层状结构，这样就会释放出一部分引力势能，估计约为2×1030焦耳。这将导致地球的加温。地球是越转越慢的。地球自形成以来，旋转能的消失估计大约有1.5×1031焦耳，还有火山喷发和地震释放的能量，但其数量级都要小得多。

地面附近的温度梯度不能外推到几十千米深度以下。地下深处的传热机制是极其复杂的，由热传导的理论去估计地球内部的温度分布，常得不到可信的结果。但根据其他地球物理现象的考虑，地球内部某些特定深度的温度是可以估计的。结果如下：①在100千米的深度 ，温度接近该处岩石的熔点，约为1100～1200℃；②在400千米和650千米的深度，岩石发生相变 ，温度各约在1500℃和1900℃ ；③ 在核幔边界，温度在铁的熔点之上，但在地幔物质的熔点之下，约为3700℃；④在外核与内核边界 ，深度为5100千米 ，温度约为4300℃，地球中心的温度，估计与此相差不多。

内部结构 地球的分层结构基本上是按地震波（ P和S ）的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2／3的地面。

地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播�经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。

地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与

地幔的边界是一个明显的间断面 ，称为M界面或莫霍界面 。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下 ，速度明显降低 ，直到约220千米深度才又回升 。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核 ，S波消失 ，所以地球外核是液体。到了5149.5千米的深度 ，S波又出现，便进入了地球内核。

由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中，重力加速度g的变化很小 ，只是过了核幔边界才向地心递减至零 。在核幔边界处的压力为1.36兆巴，在地心处为3.64兆巴。

内部物质组成 地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件 。地球核有约 90%是由铁镍合金组成的，但还含有约法三章10%的较轻物质；可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成，现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的。火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500、和谐500千米的深度，波速的梯度很大 。这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处 ，橄榄石相变为尖晶石的结构，而辉石则熔入石榴石 。在家500千米的深度，辉石也分解为尖晶石和超石英的结构 。在先650千米深度下，这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构 。在下地幔最下的200千米中，物质密度有显著增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。

起源和演化 地球的起源和演化问题实际上也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派：以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以G.L.L.布丰为代表的灾变派 。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的；灾变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实，如行星轨道的规律性，内行星和外行星的区别。太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时，两派都遇到不可克服的因难。

从20世纪40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者有魏茨泽克、施米特和尤里。他们认为行星不是由高温气体凝固而成，而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。

地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过去时1000℃。由于长寿命放射性无素的衰变和引力势能的释放，地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时，原始地球中的铁元素就化成液态，由于密度大就流向地球的中心部分，从而形成了地核。地球内部温度继续升高，使地幔局部熔化，引起了化学分异，促进了地壳形成。

海洋和大气都不是地球形成时就有的，而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水 。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的，是还原性的。直到绿色植物出现后，大气中才逐渐积累了自由氧，在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气（见地球起源）。

年龄 地球的年龄 ，如果定义为原始地球形成后到现在的时间，则由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定。但是这样做时，仍免不了对地球的初始状态做一些假定，根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析，现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。

大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。大气圈没有确切的上界，在2000 ～ 16000 公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子。在地下，土壤和某些岩石中也会有少量空气，它们也可认为是大气圈的一个组成部分。地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％比例的微量气体。地球大气圈气体的总质量约为5.136×1021克，相当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内。根据大气分布特征，在对流层之上还可分为平流层、中间层、热成层等。

我们的家园——地球

地球是什么形状的？她来自哪里？ 早在170万年前，人类就对自己的家园——地球，产生了各种美丽的遐想，编织成许多绚丽多彩的传说。中国古代就有盘古开天辟地的故事，古希腊神话讲开天辟地时，传说宇宙是从混沌之中诞生的，最先出现的神是大地之神——该亚。天空、陆地、海洋都是由她而生，因此人们尊称她为“地母”。

地球已经是一个5000岁的老寿星了，她起源于“盘古”开天劈地。约在5000年前，天和地相联后来逐渐进化，出现了各种不同的生物。地球的平均赤道半径为6378.14公里，比极半径长21公里。

地球的内部结构可以分为三层：地壳、地幔和地核。在地球引力的作用下，大量气体聚集在地球周围，形成包层，这就是地球大气层。

地球就像一只陀螺，沿着自转轴自西向东不停地旋转着。她的自转周期为23小时56分4秒，约等于24小时。 同时，地球还围绕太阳公转，她的公转轨道是椭圆形，轨道的半长径达到149,597,870公里。 公转一周要365.25天，为一年。

地球饶太阳公转的轨迹就是地球轨道。因太阳也在运动所以地球的轨道不是一个闭合圆，而是螺旋线。

地球同步轨道

这是简化语

语言习惯。

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“地球轨道”是一个什么概念？视频