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如何估算恒星日的大小?

我们平常所说的“日”,一般指的是太阳日,一个太阳日为24h。中学地理告诉我们恒星日要比太阳日短些,教材上标明恒星日的大小为23h56m4s,但却并没有说明这个值是怎么得来的。笔者对恒星日的估算方法进行了整理,与大家分享!
工具/原料

常用画图软件AutoCAD、SolidWorks,或常用画图工具(圆规、直尺、量角器等等)

方法/步骤
1

首先,打开画图软件AutoCAD,先作一个小圆表示太阳,再作一个大圆表示地球绕太阳的运行轨迹。两圆的圆心重合。

2

然后,在表示地球绕太阳的运行轨迹的大圆的第四象限开始点处,作一个小圆表示地球,并在地球上立根杆,规定此时这根杆恰好指向太阳中心。当然,这根杆也同时指向无穷远处的某一颗恒星(图中为正北无穷远处)的中心。

3

接着,由于地球逆时针绕太阳运转,且地球本身自西向东自转,当地球自转一圈后,其在表示地球绕太阳的运行轨迹的大圆上处于如图所示的位置。显然,地球自转一圈了,但那根杆子尚未再次指向太阳中心。而对于处在无穷远处的那颗恒星来说,当地球自转一圈时,这根杆子便再次指向了它的中心。

4

当地球再自转一点点,杆子便再次指向了太阳中心。由于一年是365天或366天,所以此时图中太阳日所对应的角度在360/366到360/365之间。恒星日所对应的角度则要接近,但小于360/365。

5

由几何关系可知,图中的自转角等于恒星日所对应的角度,即其接近,但小于360/365。那么,该自转角对应的时间应该接近,但更小于360/365/360*24=0.h,即0h3m56.7s。

6

于是,最后我们将一天24h减去上述自转角对应的时间0h3m56.7s,得到24h-0h3m56.7s=23h56m3.3s。显然,估算结果与地理教科书上的23h56m4s十分地接近。之所以估算结果略小,是因为我们在步骤4和步骤5中,对自转角的上限做了两次近似处理,且两次近似处理均提高了这个上限值。

注意事项

步骤5中,需注意“但更小于360/365/360*24”中的用词,用“更”字是准确的,因为该算式中第二个360对应的实际值要更大一点

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