标题：地球自转
背景资料
其实，古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人早已提出过地球自转的猜想，中国战国时代《尸子》一书中就已有“天左舒，地右辟”的论述，而对这一自然现象的证实和它被人们所接受，则是在1543年哥白尼日心说提出之后。
  
时间概念
地球自转是地球的一种重要运动形式，自转的平均角速度为7.292×10-5弧度/秒，在地球赤道上的自转线速度为465米/秒。
格林威治时间所说的一秒是一天的8.641万分之一，而1972年制作的地球时钟所定义的一秒是从铯原子中放射出的光振动91亿9千2百63万1千7百70次所需要的时间。
与铯原子振动数能维持一定速度相比，以地球的自转为准的格林威治标准时间是发生变化的，闰秒就是为了解决这种问题产生的一种时间概念。
ω=2π/（24*3600s)=7.27/100000 rad/s
地球在自转时同时公转，自转一周需用23小时56分4秒，公转了约0.986度，按地球自转速度折合3分56秒，时间，自转加上公转用的时间共24小时。经度每隔15度，地方时相差一小时。
  
速度变化
美国国立标准技术研究所（NIST）的观察结果表明，长时期以来呈减慢趋势的地球自转速度自1999年开始加快。NIST的时间测定师们称，为调准以地球自转速度为标准的地球时间和原子时钟的时间，自1972年起到1999年的27年来为地球的标准时钟追加过共22闰秒的时间，但1999年后却没有追加过闰秒，是因为地球的自转速度加快了。
自转速度的变化20世纪初以后，天文学的一项重要发现是，确认地球自转速度是不均匀的。人们已经发现的地球自转速度有以下3种变化：
①长期减慢。这种变化使日的长度在一个世纪内大约增长1～2毫秒，使以地球自转周期为基准所计量的时间，2000 年来累计慢了2个多小时。引起地球自转长期减慢的原因主要是潮汐摩擦。科学家发现在3.7亿年以前的泥盆纪中期地球上大约一年400天左右。
②周期性变化。20世纪50年代从天文测时的分析发现，地球自转速度有季节性的周期变化，春天变慢，秋天变快，此外还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20～25毫秒，主要是由风的季节性变化引起的。
③不规则变化。地球自转还存在着时快时慢的不规则变化。其原因尚待进一步分析研究。 
地球自转减慢还与人类的活动有很大的关系，特别是人造地球卫星的发射，其反作用力让地球自转直接变慢，根据动量守恒的原理，这种因素应该是目前造成地球自转变慢的最主要原因了。所以人类为了地球的安全，发射的卫星不应该再借助地球自转的动量。
自转意义
1．昼夜交替；　
2.不同地方的时间差异；
3．物体偏向（地转偏向力）；
4．日月星辰的东升西落。
5.一天之中杆影长度发生变化
自转成因
江发世在《地球新论》一文对地球的自转、公转成因进行了论述。江氏用小铁球和磁铁块做模拟试验，如图：
  太阳俘获地球模拟试验图
小铁球用线吊起来挂在空中不动，将用线吊着的磁铁块和小铁球在一个水平面上，磁铁块在小铁球的西面，由北向南运动。
试验结果（如下图）：
  太阳俘获地球模拟试验结果图
当两者相距适当的运动距离，如果磁铁块运动速度慢，在靠近小铁球时，小铁球就被磁铁块吸了去(图中A)；当磁铁块以适当的速度运行时，小铁球就会沿着一个近圆形轨迹绕磁铁块转动(图中B)；当磁铁块以较快的速度从小铁球一侧通过时，小铁球就是一个抛物线弧形或双曲线弧形从磁铁块一侧运动过去（图中C）。同时小铁球也产生如图E方向的自传。小铁球运动磁铁块不动或二者都动，试验结果是一样的。 [1]
[1]太阳俘获了地球，地球产生如以上试验的自转、公转。
本体运动
地球自转轴在地球本体上的位置是经常在变动的，这种变动称为地极移动，简称极移。1765年L.欧拉证明，如果没有外力的作用，刚体地球的自转轴将围绕形状轴作自由摆动， 周期为305 恒星日。1888年人们才从纬度变化的观测中证实了极移的存在。1891年美国的S.C.张德勒进一步指出，极移包括两种主要周期成分：一种是周期约14个月的自由摆动，又称张德勒摆动；另一种是周期为12个月的受迫摆动。
实际观测到的张德勒摆动就是欧拉所预言的自由摆动。但因地球不是一个绝对刚体，所以张德勒摆动的周期比欧拉所预言的周期约长40%。张德勒摆动的振幅大约在0.06″～0.25″之间缓慢变化，其周期的变化范围约为410～440天。极移的另一种主要成分是周年受迫摆动，其振幅约为0.09″，相对来说比较稳定，主要由于大气和两极冰雪的季节性变化所引起。
将极移中的周期成分除去以后，可以得到长期极移。长期极移的平均速度约为0.003″/年，方向大致在西经70°左右。
空间运动
地球的极半径约比赤道半径短1/300，同时地球自转的赤道面、地球绕太阳公转的黄道面和月球绕地球公转的白道面，这三者并不在 一个平面内。由于这些因素，在月球、太阳和行星的引力作用下，使地球自转轴在空间产生了复杂的运动。这种运动通常称为岁差和章动。岁差运动表现为地球自转轴围绕黄道轴旋转，在空间描绘出一个圆锥面，绕行一周约需2.6万年。章动是叠加在岁差运动上的许多复杂的周期运动。 地轴一直指向北极星，永不改变，在太阳轨道上，运动时间相等时，地球与太阳呈的弧形面积相等。
  傅科摆
证明方法
炮弹法地球时刻不停地自转，地面上水平运动的物体,必然相对地发生持续的右偏(北半球)或左偏(南半球).根据这种现象，人们分析射出的炮弹运动的方向,就能证明地球在自转。重力法地球在时刻不停地自转，由于惯性离心力的作用,地面的重力加速度必然是赤道最小，两极最大；地球不可能是正球体,而必然是赤道略鼓，两极略扁的旋转椭球体。重力测量和弧度测量的结果,证实了这些观点的正确性，也就从一个侧面证实了地球的自转.测量法地球时刻不停自转,由于自转速度随高度而增加，物体自高处下落的过程中,必然具有较高的向东的自转速度，而必然坠落在偏东的地点。为了证实这一点,有人曾在很深的矿井中进行试验.试验结果是：自井口中心下落的物体，总在一定的深度同矿井东壁相撞,从另一个侧面证实了地球的自转运动。
自转规律
极移地轴在地面上的运动，叫做极移。
极移的原因主要有两种，一种是地轴对于惯性轴偏离的结果，周期大约为14个月。另一种是大气季节性运行导致，其周期为一年。还有其他一些次要的原因，极移的振幅一般不超过15米。 
极移的结果使地球上的纬度和经度发生变化。进动天极在天球上的位置的变化称为进动。
规律性：地轴的进动是一种圆锥形的运动，其规律性如下： 
圆锥轴线垂直于地球公转轨道平面，指向黄道两极。
圆锥的半径是黄赤交角。 
运动的方向是自东向西，即同地球自转的方向相反。
运动的速度是每年50秒点29，周期是25800年。 
表现：
表现为天极的周期性运动。
造成北极星的变迁。
地球赤道面和天赤道发生系统性的变化。 
二分二至点每年在黄道上以50秒点29的速度西移。（岁差）
使回归年小于恒星年
原因
第一，地球形状
因为地球是一个明显的扁球体，所以隆起的部位所受的附加引力  地球自转总是稍大于另一侧。二者之间的差值，总是存在于接近日月的一侧。
第二，黄赤交角
由于黄赤交角的存在，使得日月经常在赤道面以外对赤道隆起施加引力。这样上述引力差就成为一个力矩，使得地轴趋近黄轴，天极趋近黄极。
第三，地球自转 
因为上述的引力差，给地球的自转的角动量增加了一个增量，使得地球的自转方向发生偏转。这就是地轴的进动，也就是岁差。
原因
假设宇宙中有以太的存在，由于以太的存在范围无限大，并且一直处于运动状态，地球及太阳均处于以太当中，地球及太阳都会受到来自以太的作用力，并且在这个力的作用下沿着以太的运动方向开始运动，而地球在受到以太的作用力时还要受到太阳的对它的吸引，在这两种起到决定性的力的作用下，地球开始自转。
关于地球自转的各种理论目前都还是假说。考虑地球自转的成因应该和地球公转结合起来，
  陀螺仪和地球在宇宙中没有绝对静止的物体，受到各种外力的大质量的天体为了保持自身运动的平衡性必然依靠自转来维系平衡性。小质量的粒子由于运动的速度极快，也必须依靠自转来维系自身运动的平衡。这一点可以参考陀螺的运动原理，自转的物体在运动中对外力的耐受性较高。
传统的观点认为，太阳和行星皆形成于一团巨大的原始旋转星云物质。当这些原始旋转星云物质在自身引力作用下自行收缩时，由于角动量守恒，星云物质越收缩，越致密，旋转也就越来越快，当星球形成后，星云物质的旋转角动量就变成了寻求的自转角动量。  地球自转首先，太阳系起源于一团星云物质，本身就是一种假说，所以，上述传统的关于地球自转起源的解释也就是不确定的东西。我们不应该把这种解释视为金科玉律。其次，这种传统解释有许多不能自圆其说的地方。按照这种观点，原始星云应是按照同一方向以基本相同的角速度旋转的，这样形成的星球则应该是质量越大，其自转速度也越快，太阳系所有的天体应该是朝同一方向公转和自转。然而，太阳系的现状却偏偏不是这样。一是太阳的质量约为行星总质量的750倍，占整个太阳系质量的99%以上，但是它的角动量却只有全系统的2%，行星的质量虽小，其角动量却很大；二是太阳系绝大多数天体是按逆时针方向旋转的（包括公转和自转），但金星和少数卫星却是按顺时针方向旋转的。
正因为传统的关于地球自转的解释有许多漏洞，所以有学者提出了一些新的解释。 
美国有一位天文学家认为，原始行星不自转。太阳对原始行星的吸引使其朝太阳的一边隆起，凸出来。当原始行星绕太阳公转时，这个隆起部分偏离朝太阳的方向，但是太阳对隆起部分的吸引又把它拉回朝向太阳的方向，这样就强迫行星自转起来。当然，这位天文学家的解释也有许多问题，例如，为什么大多数行星斜着身子按逆时针自转和公转，而金星是按顺时针自转，天王星是躺着身子自转和公转？
现代科学研究表明，行星的自转并非一成不变的。最为突出的是我们的地球，其自转有明显的波动：一年中，8月间地球自转最快，3—4月间自转最慢。在各个世纪和不同的年份自转也不是均匀的，如17世纪地球自转比较快，20世纪30—40年代自转加快，60—70年代自转减慢，到了80—90年代自转又加快。 
地球的自转在不断地变化，这说明有一处原动力在为地球的自转加速和减速。那么，这一原动力是什么呢？
有人说，地球自转变化与南极有关。南极的巨大冰川，现在正在慢慢融化，也就是说，南极大陆的冰块在减少，重量正在减轻。这样，地球失去了平衡，影响了自转速度。但是，这种变化是单向的，它不可能既给地球自转加速，又给自转减速。
还有一种解释是：季风影响地球自转。有科学家计算过，每年由季风从大陆转移到海洋，又从海洋转移到大陆的空气，重量竟达300万亿吨。这么大重量的物质从地球一处转移到另一处，足可以影响地球的重心，改变地球的角动量分布，使地球自转发生加速或减速变化。
证明
  地球自转16世纪时，“太阳中心说”的创始人哥白尼曾依据相对运动原理提出了地球自转的理论。可从哥白尼曾提出这一理论后的相当长一段时间内，这一理论只能停留在让人们从主观上接受的水平，直到19世纪才被法国的一位名叫傅科的物理学家，用自己设计的一项实验所证实。
傅科是用一种特殊的摆来进行实验的。这个摆由一根长60余米的纤细金属丝悬挂一个27千克重、直径约30厘米的铁球所组成。当时人们把这种从未见过的“超级摆”称之为“傅科摆”。 
1851年的一天，傅科在法国巴黎万神庙的圆顶上将亲手制作的傅科摆吊上，让摆在广场上悠然自得地摆动着。这时，成千上万人前来观看这一奇妙的实验。随着时间一分一秒地流逝，傅科发现了奇迹，那就是摆在悄悄地发生着“移动”，并且是沿顺时针方向发生旋转。有的人在摆动开始时，明明看到摆球运动到自己眼前，又荡了回去，可经过一段时间后，摆球竟离自己越来越远。这对于围观的人们来讲，傅科通过对现象的观测都得出这样的结论，眼看着自己没有移动，那一定是摆平面发生了“移动”。  地球自转其实摆动的平面是不会发生移动的。我们知道作为一种物质运动形式，摆是无法摆脱地球自转的。傅科选用较长的金属丝，是为了让摆动的时间达到足够的长度，这样便于观察摆动的变化，同时选用较重的摆球，是为了增加摆本身的惯性和动量，以克服空气的阻力，一旦它摆动起来，作为一种运动状态，有滞后于地球自转的惯性，即能够减少地球自转的影响。知道了这一点，我们就不难分析，由于地球的自转，每一个观测者都被地球带着运动，尽管观测者站在原地没有动，可脚下的地面是动了，也就等于把观测者悄悄地带离了原地。因此，真正没有移动的是摆动平面。
傅科摆的摆动作为地球自转的有力证据，现已为世界所公认。中国北京天文馆的大厅里就有一个傅科摆，一个金属球在一根系在圆穹顶上的长长细线下来回摆动着。
后果
2010年2月27日的智利地震震歪地轴，地球每天自转减速约1.26微秒。  智利地震震歪地轴