Question

地球公转时地轴指示的方向有变化地轴公转轨道平面是垂直关系吗这种关系对地球

Answer 1

地轴和地球公转轨道面不是垂直关系（见下图），这是中学知识。

地轴与黄道面（地球公转轨道面或近似的太阳系平面）成66.5度角。

不考虑地轴指向长期变化的话（例如只考察一年内的地轴指向），可以认为地轴指向是不变的，如下图。

地轴长期运动的基本形式为进动和章动。

于太阳与月亮的引力作用，地球的自转轴在地球绕太阳与地球的公共质心转动时，并不总是保持在空间的同一方向上。其自转轴绕着地球的公转轴（黄轴）旋转，亦称进动。这种进动以大约25700年的周期在空间描绘出一个圆锥面，该锥面的顶角等于黄赤交角23.5°，也使春分点沿黄道反向每 25700年旋转一周，即每年西移约50.3″（日月岁差）；同时，由于其它太阳系行星的引力作用，地球的公转轨道面也在不断地改变位置，从而使得黄赤交角发生改变，还使春分点沿赤道每年东移约0.13″（行星岁差）；此外，根据广义相对论理论，地球的自转轴会在空间产生相对论性进动（测地岁差），大约为每100年逆时针方向移动1.98″。

由于回转效应，地球的自转轴相对于公转轴会产生一种点头式的周期运动，叫做章动。太阳引起的地球章动周期约为半年，振幅约为50.3″；而月球引起的地球章动，情况则要复杂许多，在太阳的吸引作用下，白道面与黄道面的交线以角速度360°/18.6年西移，从而产生一种振幅为9.21″及周期为18.6年的周期性运动，构成地球章动的主要成分。

这里再说一些题外的话：对于地球轨道参数的变化，20世纪30年代，由塞尔维亚数学家米兰科维奇创立了一个著名的理论解释--天文冰期理论。米兰科维奇认为冰期的形成与地球运动轨道三要素（地球轨道偏心率、地轴倾斜度、岁差）的周期性变化相关联。换句话说，即地球围绕太阳旋转时，公转轨道形状、地轴与公转轨道的黄道面间交角和公转时地球自转的角速度都会有变化，这几个方面的自然波动使得地球接受太阳的辐射有变化，影响了气候和冰期的形成。其原因是：

首先，地球绕太阳公转的轨道是椭圆形而不是圆形的轨迹，使地球在离太阳近的时候，得到的辐射就多，远离时就少。如今地球在1月份离太阳最近，称此位置为近日点，7月离太阳最远，称为远日点。而地球围绕太阳运动的轨道每10万年，就会从略微的椭圆形变成近乎圆形。公转轨道的这一周期变化是由于太阳、月亮及其它行星对地球的万有引力造成的。

其次，在地球公转时，地轴是倾斜的，也就是赤道面与地球公转轨道面存在交角，因此各地受到太阳的照射情况就会不一样，有时太阳直射，有时太阳斜射，这样在一年中也就出现了冷热不同的四季变化。假如地球不是倾斜着“身体”进行公转，太阳光就只对赤道直射，地球上就不会出现四季了。地轴倾斜度的周期变化，会导致回归线和极圈的纬度发生变化，从而改变地球上的季节。地轴倾斜度增大时，高纬度夏季接受太阳辐射增加，冬季减少，气温年较差增大。地轴倾斜度减少时，高纬度冬暖夏凉，气温年较差减少，夏季温度低更有利于冰川发展。地轴的倾角，每经过4.1万年与垂直方向之间的角度从21.8°变化到24.4°，如今的地轴斜角为23.5°。