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发布时间：2023-10-01 14:50:23
第九章地球自转基础理论地球在空间不是一个自由运动的星体，太阳和月亮的引力对它的运动有显著的影响。地球的运动主要为地球质心在万有引力作用下绕太阳的平动和地球在外力矩作用下的自转运动。长期观测表明，地球的转动是很复杂的，它不仅受到力学定律的制约，而且地球的形状（如隆起的赤道）、内部构造（地慢、地核）、物质的分布、运动和变化等都会引起地球转动速度和自转轴方向的微小变化。通常，对地球自转运动的研究集中在三个方面：岁差和章动；极移；日长变化。空间大地测量的发展，对地面点三维坐标的精确性和可靠性要求越来越高。点位坐标必须处于一个与地球有某种确定联系的参考系或坐标系才有意义。任何一种坐标系都要涉及定向问题，而定向的实质就是探讨地球转动轴的运动。在研究地球的转动时，通常涉及地球的三轴，即瞬时自转轴，形状轴和角动量轴。三轴的运动和地球模型的假设有关，也就是说，本质上是描述在某种地球模型中三轴的运动，即进动、章动和极移以及转动角速度的变化。§9.1地球转动的三轴地球转动的三轴，指的是瞬时自转轴，形状轴F，角动量轴H。瞬时自转轴：地球环绕通过地球质心的一根轴线转动，这根轴线称为自转轴或旋转轴。由于自转轴在空间和相对地球本体，其旋轴角速度（矢量）在大小和方向上都是变化的，所以称其为瞬时自转轴。形状轴F：地球是一个旋转椭球体，对于刚性地球，根据理论力学，惯量椭球的短轴方向上的转动惯量最大，习惯上用C表示。因此，当惯量椭球中心和地球质心重合时，定义沿地球惯量椭球短轴方向的主中心惯性轴，称为形状轴F。角动量轴H：定义通过刚体质心的动量矩矢量H为动量矩轴或角动量轴。对于刚性地球，当取主中心惯性轴时，三轴的矢量表达式可写为：01A1,,HB（9-1）F022f33C3根据理论力学，物体自由转动时，三轴的方向都不重合。对于刚体地球自转，三轴的关系通常可用刚体其轨迹为一更小的锥面。但三辐是共面的。因为三轴共面的充要条件可写为(FH地球自转的潘索图解来表示，见图9-1所示。绕F旋进，其轨迹为一小锥面；同时，还绕H旋进，0，只要将（9-1式代入，即可证明三轴是共面的，也就是说三轴与刚体地球的交点必在一个大椭圆上。对于刚体地球和取主中心惯性轴的情况下，三轴的模和方向余弦可表为（此时形状轴即．为坐标轴之一）：瞬时自转轴： 