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相关知识













地球的自转和公转交互式演示动画

最新更新:2025年10月19日为止,更正地球和月球自转方向错误,增加通过鼠标点击位置指定“观日观月地点”的功能。

一、场景说明

软件在绘图中,为了更清楚地观察地球,将地球进行了放大绘制,地月距离也未按实际比例绘制,实际上太阳的半径是地球的109倍!太阳的大小是地球的30万倍!

太阳系默认运行速度为真实运行速度。看起来未动,实际上在缓慢运动。就如地球上的人,体会不到地球的运动一样。若要体会到运动,可拖动右上角“运行速度调节”滑块,可调节整个太阳系的运行速度。

除地球外,其它七颗行星的半径按太阳的半径比例绘制,由于绘制出来在场景中几乎看不见,其它七颗行星的半径在原来基础上放大到原来的20倍。这些行星的公转轨道按地球公转轨道比例绘制。但由于对地球放大绘制后,与金星的轨道靠的太近,于是将金星公转轨道在此基础缩小到原来0.7倍,同时将水星的公转轨道缩小到原来的0.8倍,将月亮绕地球的公转轨道绘制为地球的2.4倍(实际为60倍),以方便观察日环食。

为了全方位观察地月运行规律,动画中用了三个摄像机:主场景摄像机、观日摄像机、观月摄像机,用来模拟人眼,摄像机拍摄到的情景即人眼看到的情景。观日摄像机和观月摄像机为辅助摄像机,随地球运动,从controls面板中可改变观察点(视点)。主场景摄像头展现宏观场景,可通过右上角controls面板的相应项切换到细节场景。

以下为场景说明:左上角为观日摄像机所拍摄到的场景;左下角为观月摄像机所拍摄到的场景;其余为主场景摄像机拍摄到场景,摄像机默认位于太空上方斜向下拍摄。

太阳系的八颗行星:水星、金星、球球、火星、木星、土星、天王星、海王星绕太阳的轨道并非在同一平面,但上下浮动不太,近乎共面,所以动画中画在同一平面上。

一个重要的小知识:为什么不是九大行星?

很多人小时候学的是“九大行星”,这是因为在2006年之前,冥王星被列为第九大行星。

然而,在2006年,国际天文学联合会重新定义了“行星”的标准,冥王星因为不符合其中“清除其轨道附近其他天体”这一条,冥王星的绕太阳的公转轨道偏离地球公转轨道面(黄道面)达17°,被重新分类为 “矮行星”。

所以,现在官方确认的太阳系行星是八颗。

二、鼠标操作主场景摄像机(默认视角)

【注意】只在默认视角下起作用

俯视场景:当按下鼠标左键从上向下扡动时,可将视角调整为俯视观察场景;

仰视场景:当从下向上拖动鼠标时,可将视角调整从底部仰视观察场景;

侧视场景:当左右扡动鼠标左键时,可侧视观察场景;

远观或近观场景:当滑动鼠标中键时,可调整放大或缩小场景。

三、页面右上角动画交互式控制面板controls操作

1. 运行速度调节:场景中天体的运动,默认运行速度就是实际运行速度;为了让天体运行到指位置,可以通过拖动右上角“运动速度调节”滑动条调节运行速度,让其快速运行到某一位置。一旦调整了速度,就会同步调整所有天体的运行速度。

2. 选择观察视角:以下拉菜单的形式选择。

  1. 默认视角:从下斜下看,可看到场景的全貌。由于受近大远小视觉效果的影响,看到的景象有些变形。
  2. 俯视地球:从地球上方竖向下看地球,此时可以看到地球的北极圈。跟随地球观察,此时鼠标无法操探主场景摄像机。
  3. 仰视地球:从地球下方竖向上看地球,此时可以看到地球的南极圈。跟随地球观察,此时鼠标无法操探主场景摄像机。
  4. 正视地球:从地球的正前方水平近距离观察地球。跟随地球观察,此时鼠标无法操探主场景摄像机。
  5. 太阳视角:站在地球和太阳连线中心位置看地球,此时可观察到太阳直射点在南北回归线之间的移动。此时地球贴图会换为暗蓝水球贴,以方便观察直射点。随地球的移动,视点跟随地球移动,此时鼠标无法操探主场景摄像机。
  6. 需要近观其它行星,选择相应项。此时视点会移动该行星附近,聚光灯也会移动到视点,将该行星照设亮,方便近观该行星。随该行星移动,视点跟随地球移动,此时鼠标无法操探主场景摄像机。

3. 观日观月地点:

在地球模型上设计了三个人(A、B、C)。当选择了“A处观察”、“B处观察“、“C处观察”,观察点会移动到该处,以方便观察不同地点看到的情景。

当选择了“鼠标指定”时,可用鼠标点击指定在地球上的观察地点,鼠标的点击点就是观察地点。

4. 暂停 / 播放:当勾选选框时,会暂停动画;反之,继续播放动画,默认为播放状态。

5. 显示地球上相机:当勾选选框时,会显示地球上用于观察太阳和月球的摄像机机位及视线;反之,隐藏显示。

四、探究同一经度不同纬度上三处的位置昼夜长短

A、B、C三人在同一经线上,但纬度不同。

根据看到是日出和日落先后,综合考虑来判断昼夜的长短。

太阳是一个气态的球体,不同部分自转周期不同,设计时按28.5天进行计算,跟月球自动速度差不多。

以下资源来源于:“科普中国”

亿万年来,地球围绕太阳不停公转,而太阳也在不停地自转与公转着。而且对太阳自转与公转运动的研究有助于揭示太阳内部运动机制以及太阳形成的奥秘。

太阳的自转

太阳存在自转,可以从黑子以及日面上的其他活动客体,如日珥、暗调和谱斑等在日面上的移动,或从太阳东西边缘光谱线的多普勒效应来证实。

太阳自转方向与地球自转方向相同。而且因为太阳是一个气球体,所以每一部分的自转周期是不同的。在太阳赤道,自转最快;纬度越高,自转越慢。

有研究证实,赤道处自转周期约为27天6小时36分钟;纬度30°处,周期是28天4小时48分钟;纬度60°处,周期约为30天19小时12分钟;纬度75°处,周期约为31天19小时12分钟。

另外,太阳自转速率天天都有变化,但既不是越转越快,也不是越转越慢,而是在某一个上下限之间摆动。也就是说太阳自转遵循着自己的自转规律。

太阳的公转

太阳不仅会自转,也会公转。太阳是银河系较典型的恒星,位于银河系猎户座旋臂,离星系中心25000至28000光年。太阳公转是太阳绕银河系的质心——银心所作的运动。

太阳绕银河系中心公转的速度约为每秒220公里,太阳系绕银河公转一圈需要大约2.5亿年,它在围绕“银心”公转的同时,带领着自己周围的行星向武仙座方向飞奔过去。

太阳绕银心旋转的轨道并不是正圆,而是偏心率很小的椭圆。太阳的公转速度很大,由于太阳的公转轨道是椭圆,因此,它处在轨道的不同位置时,公转速度是不同的。据测算,当前太阳公转的速度约为220至250千米/秒,是地球公转速度的8倍。

太阳以这么快的速度转动着,但是我们却感觉不到,这是因为太阳系中的所有成员,包括行星、卫星、小行星、彗星、流星等都跟随太阳运动着,而且每个成员都带有太阳的运动速度,从而感觉不到自己与太阳相同部分的运动,只能感觉到自己与太阳相对运动的情况。

就像当两辆车以相同的速度并排行驶时,两辆车里的人看着对方,感觉像没有动一样。


(上图来源自网络)

原创

(上图来源自网络)

地球的形状:地球并不是完美的圆形,而是两极扁平,赤道凸起,近似于一个扁球体。

地轴:地球在不停地运动着,在自转的同时也在绕太阳作公转运动。地球自转绕的那个轴叫地轴。

南北极:面向地球仪,地轴和地球表面的上交点叫北极,下交点叫南极。

赤道面:垂直于地轴,将地球一分为两个半球的线叫赤道。赤道所在的面叫赤道面。

太阳直射点:太阳和地球的连线与地球表面的交点,此点太阳垂直入射。


(上图来源自网络)

地球轨道面:地球绕太阳的公转轨道所在的面叫地球轨道面。

地球赤道面与地球轨道面并不重合,而是存在23.5°的夹角。


(上图来源自网络)

(上图来源自网络)

地球的公转轨道(左上角):地球椭圆轨道长半径:149,597,870千米,短半径149,576,999.826千米。若从北极向下看,太阳在地球椭圆轨道的右焦点上。在实际绘图中,若按实验比例进行缩小绘制,地球的公转轨道近似为圆形,我们的肉眼看不出差别。

远日点:左上图B点,此时太阳直射点移动到北回归线上,即太阳的照射偏向北半球,北半球获得太阳热量最多,所以北半球为夏季。地球和太阳的距离虽然会影响气温,但相比纬度而言,纬度的影响更显著。

近日点:左上图D点,此时太阳直射点移动南回归线,即太阳的照射偏向南半球,南半球获得的太阳热量最多,南半球为夏季,而北半球为冬季。

四季的更替:地球的赤道面和轨道面存在23.5°,地球在公转时,导致太阳直射点在南北回归线间来回移动,从而形成了四季更替。


(上图来源自网络)

月球是地球的唯一天然卫星

月球绕地球在运动,是地球的一个天然卫星。月球轨道以27.32天完整的环绕地球一圈。

地球和月球相距离4,700公里(千米),月球的半径是地球半径的1/4,质量是地球的1/81,地月距离大越是地球半径的60倍。

月球绕地球的公转轨道平面并不与赤道重合,也不与地球绕太阳的公转轨道重合,月球轨道面相对于地球公转轨道平面的倾斜只有5.1°,自转轴的倾角也只有1.5°。

月球绕着地球公转的同时,其特殊引力吸引着地球上的水,同其共同运动,形成了潮汐。潮汐为地球早期水生生物,走向陆地,帮了很大的忙。

地球很久很久以前,昼夜温差较大,温度在水的沸点与凝点之间,不宜人类居住。然而月球其特殊影响,对地球海水的引力减慢了地球自转,使地球自转和公转周期趋向合理,带给了我们宝贵的四季,减小了温度差,从而适宜人类居住。

月球是地球的天然卫星,可能形成于约45亿年前,在地球形成后不久,有关它的起源有几种假说,得到更多事实证据支持的说法是它形成于地球与火星般大小的天体——“忒伊亚”之间一次巨大撞击所产生的碎片,在地球外围聚集而形成的“大碰撞起源说”。

日食:当月球运行到地球和太阳之间时,月球的影子投射到地球上,观察者正处影子区域时,就能看到日食现象。

日食分为三种类型:全食、环食和偏食。全食是指月球完全遮挡住太阳,形成“日全食”;环食是指月球遮挡住太阳的中间部分,形成“日环食”;偏食是指月球只遮挡住太阳的一部分,形成“日偏食”。


(上图来自https://starwalk.space)

月球的影子可分为三部分:半影、本影和伪本影。我们看到的日食类型取决于阴影落在地球上的哪一个部分。


(上图来自https://starwalk.space)

日偏食:当观察者进入半影区时,观察者会看到日偏食现象。

日全食:当观察者进入本影区时,观察者会看到日全食现象。


(上图来自https://starwalk.space)

日环食:当观察者进入伪本影区时,观察者会看到日环食现象。

日食多久一次发生?

日食现象并不常见,因为月球轨道面与地球公转轨道面存在5.1°的夹角,所以并不是每次新月时都会发生日食现象。只有当新月时,月球正好运行到地球和太阳之间,并且月球的影子投射到地球上时,才会发生日食现象。

无论是日偏食、日全食或日环食,时间都是很短的。在地球上能够看到日食的地区也很有限,这是因为月球比较小,它的本影也比较小而短,因而本影在地球上扫过的范围不广,时间不长,由于月球本影的平均长度(373293公里)小于月球与地球之间的平均距离(384400公里),就整个地球而言,日环食发生的次数多于日全食。

月食:当运行到地球后面,地球挡住了太阳照射到月球的光线,月球落入地球的阴影中,从而产生月食。

月食是自然界的一种天文现象,分为月全食、月偏食和半影月食三种。地球阴影的中间部分称为本影,本影周围是半影。月亮全部进入地球本影发生月全食,月亮一部分进入地球本影发生月偏食,月亮进入地球半影则发生半影月食。

月偏食:当月球只有一部分被地球的本影覆盖时,就会发生月偏食。

月全食:当月球完全进入地球的本影时,就会发生月全食。

半影月食:当月球进入地球的半影时,就会发生半影月食。当月球进入地球的半影区时,只是亮度变得稍微晚一些,人眼很难发现。

注意:没有“真正”的月环食。假设当月球中心区域处于地球本影内,外围的一圈处于地球半影内,这样月球看起来会变成一个光环,看上去像是“月环食”。根据这一条件,月球必须恰好位于地球本影的末端,而地球本影长约140万公里,月球距离地球最远时也不过40万公里多一点,因此,月球永远到不了地球本影末端附近,也就发生不了“月环食”。也就是说地球的本影比月球大得多,月球会完全进入地球的本影区内,所以绝对不会出现月环食这种现象。

月食多久一次发生?

正如我们已经提到的,月食总是发生在满月时。然而,并不是每个满月都伴随着月食。原因如下:月球轨道与地球轨道倾斜约5度,因此我们的天然卫星通常在满月时从地球阴影上方或下方经过。平均而言,每年发生两次月食。一年中月食的最大次数是五次,尽管这种情况很少发生。上一次在一个日历年内发生五次月食是在1879年。下一次这种情况将在2132年发生。

月食持续多长时间?

与仅持续几分钟的日食不同,月食可以持续数小时。那是因为相对于月球的大小,地球(和地球的阴影)相当大。月全食会持续长达两个小时,而月偏食会持续更长时间。


(上网来自https://starwalk.space)

日食和月食的区别

月食和日食都涉及三个天体:太阳、地球和月球。以下是这些天文事件之间的主要区别。

月食在晚上发生;在此期间,月球被地球的阴影覆盖。

日食在白天发生;在此期间,太阳被月球的圆盘覆盖。

月食只发生在满月,而日食只发生在新月。

月食可以从地球黑夜一半的任何地方观察到。这是因为与月球相比,地球的阴影很大。

日食只能在月球阴影落下的特定位置可见。这是因为月球的影子比地球的要小得多。


(上图来自https://starwalk.space)

由于水星是一颗类地行星,它主要由铁、镍和硅酸盐岩石组成。它有一个巨大的铁核,约占水星体积的61%(相比之下,地核仅占地球体积的16%),还有一个400公里厚的地幔。顺便说一下,水星的核心与我们的月球大小差不多。与月球的另一个相似之处是这水星干燥的岩石表面布满了陨石坑。

水星在质量和直径上都是太阳系中最小的行星。它的质量比地球小18倍,直径约为地球直径的五分之二。为了让您更好地了解水星的大小,让我们将其与月球进行比较:水星仅比我们的天然卫星大三分之一。

令人惊讶的是,随着时间的推移,这颗小行星变得越来越小。其核心的冷却导致整个行星缩小,使水星的半径减少了约5-10公里。

水星有多热?

水星表面的温度变化比我们太阳系中的任何其他行星都要大。它的范围可以从夜间的-173°C到白天的427°C。发生这种情况是因为水星几乎没有大气层来吸收热量,因此它很快就会失去在白天从太阳接收到的能量。

尽管水星是离太阳最近的行星,但它并不是最热的(金星是)。


(上图来自https://starwalk.space)

金星比地球略小:它的直径大约等于地球直径的95%。金星的质量(4.867×10²⁴公斤)约为地球的81%。

金星是什么颜色?

通过望远镜观察时,金星呈现白色或黄白色。原因是它被厚厚的二氧化碳大气和硫酸云所覆盖。

这颗行星的云层遮挡了直接观测,因此无法准确了解金星表面的颜色。然而,根据航天器任务收集的数据,科学家们认为它可能呈现出各种红色、棕色和灰色。

金星的温度

金星的平均表面温度约为462 °C,这使其成为太阳系中最热的地方之一。这种令人难以置信的热量主要是金星厚厚的大气层造成的,大气层主要由二氧化碳组成。二氧化碳产生温室效应,捕获太阳辐射并将温度升高到如此极端的水平。此外,这颗行星靠近太阳,导致其异常高温。


(上图来自https://starwalk.space)

与其他叁颗类地行星(水星、金星和地球)一样,火星是一个岩石天体。让我们仔细看看这颗行星的物理特性。

火星的形成

火星与其他太阳系行星一起形成。大约45亿年前,一团巨大的星际气体和尘埃云在自身引力作用下坍塌并扁平化成一个原行星盘。火星和其他岩石行星形成在这个行星盘的内部,而气态巨行星则定居在年轻太阳系的外部区域。

火星的结构

火星有一个中心核、一个地幔和一个地壳。这颗红色星球的核心由铁、镍和硫构成。核心被岩石地幔和由铁、镁、铝、钙和钾构成的地壳包围。

火星的大气

火星的大气层比地球的要稀薄得多。它主要由二氧化碳组成 (95%) ,而我们星球的大气中富含氮和氧。因此,人类将无法在火星上呼吸。


(上图来自https://starwalk.space)

太阳系第一大行星。木星是夜空中最亮的“星星”之一,也是太阳系中最大的行星。即使在光污染的天空中,你也可以很容易地找到这颗气态巨星。

木星的质量是地球的318倍,直径约为地球的11倍。它主要由氢和氦组成,这使它与太阳的成分相似。

木星是一颗由气体组成的巨大星球,表面缠绕着漩涡状的云带。它没有坚实的表面,科学家至今仍不确定:它是否有一个固态内核,还是其内部始终是超热、高密度的混合物。木星也有行星环,但这些行星环非常微弱,从地球上很难看到。

木星没有固体表面;它的大气层越往下越浓厚,转变成围绕着一个小型核心的液体层。简单来说,这意味着木星的大气层几乎构成了整个行星。木星(及其大气层)由大约90%的氢和10%的氦组成 — 这与太阳的成分非常相似。

木星的形成

与太阳系中的其他行星一样,木星形成于大约45亿年前,当时重力将气体和尘埃拉到一起,形成了这颗气态巨行星。这颗行星获取来太阳形成后留下来的大部分质量,是太阳系中其他天体总物质的两倍多。大约40亿年前,木星迁入到现在的位置,成为距太阳第五远的行星。

木星的结构

我们仍然不确定木星的核心是什么样子。它可能由固体物质组成,也可能是一种粘稠、沸腾的浓汤。我们所知道的是,其核心被一层液态金属氢所包围,这层氢延伸到行星直径的90%。

木星表面

这个气态巨行星不像我们在地球上那样,它不具有坚硬的表面。这颗行星主要盘绕着气体和液体。宇宙飞船无法在其上着陆或飞越该行星,因为极端的压力和温度会将宇宙飞船粉碎、融化并蒸发。


(上图来自https://starwalk.space)

土星,太阳系第二大行星。一颗拥有迷人光环的气态巨行星。比它的“同伴”气态巨行星木星小一点。

土星是由什么组成的?

有趣的是,这颗气态巨行星主要由与太阳相同的成分组成;然而,土星缺乏成为恒星所需的质量。

土星的形成

像太阳系中的其他行星一样,土星是由太阳星云形成的。大约45亿年前,重力将气体和尘埃吸入形成土星。大约40亿年前,土星进入了距太阳第六颗行星的当前位置。

土星的结构

土星是一个几乎完全由氢和氦组成的气态巨行星。在这颗行星的中心有一个致密的金属核心。它被液态金属氢和一层液态氢包裹;后者逐渐转变为气体。土星最外气体层跨越 1,000公里。

土星的表面

土星没有固态的表面:如果您试图在土星表面行走,您会从它的外部下沉,承受高温和高压。土星的表面主要是由旋转的气体组成。


(上图来自https://starwalk.space)

天王星的形成

天王星形成了于大约45亿年前,当时太阳系的其他部分形成。形成天王星和其他木星行星的冰足够丰富,使得这些巨行星变得那么大。最初,天王星最有可能在距太阳更近的地方形成,并在大约40亿年前移动到太阳系的外区,在那里它成为距太阳的第七颗行星。

天王星的结构

天王星由三层组成:中心是一个小的铁镍内核,中间是一个冰冷的地幔,以及外部的气态氢、氦和甲烷大气。超过80%的天王星质量由水、甲烷和氨的热致密流体组成。

天王星的表面

作为冰巨行星,天王星并没有固体表面。它的气态大气转变为内部液体层。你不会在天王星表面行走或着陆,因为你会沉入(就像在木星上一样)。

天王星也特别冷。它是太阳系中最冷的行星,尽管它不是离太阳最远的行星。我们不知道为什么天王星没有很多热量。一些科学家认为原因是它的异常倾斜;其他人则认为,在大规模碰撞(如上所述)之后,天王星的大部分内部热量已经消失,其核心热量就耗尽了。 天王星的大气层

天王星的大气层主要由氢(83%)和氦(15%)组成,另含有少量的甲烷(约2.3%)。甲烷吸收来自太阳的红光,并反射蓝色和绿色波长的光,因此天王星呈现出标志性的浅蓝绿色。

在其上层云层之下,天王星含有大量的“冰”——这些冰并非像地球上的冰那样冻结,而是在高压高温状态下存在的水(H₂O)和氨(NH₃)等分子。这些冰状物质构成了该星球独特的大气层化学结构和行为,使其有别于木星和土星这样的气态巨行星。 天王星的固态核心

天王星拥有一个固态核心——这是其内部结构中唯一真正坚实的部分。这个核心由铁和硅酸盐岩石等高密度物质构成,直径约为14,000公里,略大于地球的直径。天王星核心附近的温度可能高达4,982°C。


(上图来自https://starwalk.space)

海王星是距离太阳最远的第八颗行星,肉眼无法从地球上看到这个遥远的蓝色星球。它拥有微弱的光环、众多的卫星,并且没有坚实的表面。

海王星是由什么构成的?

与天王星一起,海王星是我们太阳系中的两个冰巨行星之一。此外,它是所有巨行星中密度最大的。

海王星的形成

与太阳系其他行星一样,海王星大约在45亿年前形成。根据科学家的说法,这颗蓝色行星形成的时候比现在更靠近太阳,并在大约40亿年前定居在当前位置。

海王星的结构

在这颗行星的中心,有一个由硅酸盐,镍和铁构成的坚固内核,其大小约为地球的1.2倍。海王星的内核被一种由“冰”物质(如水,甲烷和氨)组成的热流体包围,而这些物质又被一层云层覆盖。

海王星的表面是什么样的?

海王星没有坚固的表面。它的大气主要由氢气和氦气以及微量甲烷组成。海王星是太阳系中风最大的行星:风速达到约2,100公里/小时。由于海王星离太阳很远,它的外层大气是太阳系中最冷的地方之一。

(上图来自https://starwalk.space)

太阳系八大行星

地球的自转和公转交互式演示动画

运行环境

开发工具:Visual Studio Code ,开发角本:Three.js 0.176。

建议浏览器:Microsoft Edge,firefox。该软件使用了three.js框架,因此浏览器必须支持H5标准。不过不用担心,一般新版浏览器均支持H5。

该资源大部分图形由软件自动绘制而成,计算机显卡必须能支特WebGL渲染。不支持WebGL渲染硬件将无法正常使用此资源。

该软件只能在线运行,不支持离线运行:离线由于缺少软件的web运行环境,而无法运行。

授权在线发布平台:www.zyzxks.cn;www.zyzxks.com

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