حرکت وضعی یا حرکت زمین به دور محور خود (Rotation)

سیاره‌ی زمین به دور محور گردش خود در حال چرخش است.یعنی حرکت چرخشی .  این حرکتِ وضعی، عامل به وجود آمدن شبانه‌روز بوده و ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه و ۴ ثانیه طول می‌کشد. به دلیل همین حرکت وضعی است که در آسمان شاهد طلوع و غروب سیاره‌ها، ستاره‌ها و سایر اجرام سماوری هستیم. این حرکت از جهت غرب به شرق در خلاف حرکت عقربه‌های ساعت  اتفاق می‌افتد (درنتیجه خورشید از شرق طلوع می‌کند) و اگر روی استوای زمین قرار داشته باشید با سرعتی معادل 1670 کیلومتر بر ساعت به همراه زمین، در حال حرکت، تحت تاثیر حرکت وضعی زمین خواهید بود. دوره‌ی تناوب این حرکتِ وضعی روزانه به دلیل تاثیرات کشندی به آهستگی در حال آرام شدن است. همچنین ممکن است تحت تاثیر برخی از سیستم‌های عظیم آب و هوایی به طور نامحسوس و بسیار ناچیزی، اندکی آهسته یا تندتر شود. 

حرکت انتقالی زمین :                                                   

زمین در هر 365 روز و 6 ساعت یکبار روی مدار بیضی شکلی که قطر بزرگ آن 930 میلیون کیلومتر طول دارد و خروج از مرکز آن 0.0167 است به دور خورشید می‌چرخد. سرعت حرکت انتقالی زمین تقریبا 108000 کیلومتر در ساعت است. تمایل محور زمین نسبت به مدار آن ، در طول حرکت انتقالی فصول را بوجود می‌آورد. مدار انتقالی زمین کاملا دایره نیست ، بلکه بیضوی است و خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.

 *تاثیر حرکات زمین و تغییر فصول:

اگر محور زمین کاملا بر مدار انتقالی عمود بود، تغییر فصول و تغییر طول شبانه روزی پیش نمی‌آمد ولی ثابت بودن جهت محوری و در نتیجه ثابت بودن زوایه تمایل محوری نسبت به مدار حرکت انتقالی سبب می‌گردد که در تابستان در نیمکره شمالی خورشید در حد مدار 23.5 شمالی یعنی مدار راس السرطان به حالت عمودی بتابد و دایره عظیم روشنایی قطب شمال را در بر گیرد ولی قطب جنوب در تاریکی به سربرد. درهمین حال خورشید در نیمکره شمالی وسط  روز ظاهرمی‌شود و مقدار انرژی خورشیدی که به نیمکره شمالی می‌رسد بیشتر از نیمکره جنوبی است.

در زمستان در نیمکره شمالی وضع برعکس است.. خورشید در اوج خود در حد مدار 23.5 جنوب خط استوا به حالت عمودی بر زمین می‌تابد. دایره عظیمه روشنایی قطب جنوب را روشن می‌کند و قطب شمال در تاریکی فرو می‌رود خورشید در نیمکره شمالی در افق پائین ظاهر می‌شود ولی در نیمکره جنوبی درافق بالاست.انرژی خورشیدی دراین دراین حال بیشتر به نیمکره جنوبی می‌رسد. مدار 23. 5 نیمکره جنوبی را راس الجدی می‌گویند.

**تاثیر حرکات زمین بر تغییر طول شب و روز:

در نیمکره شمالی و در فصل تابستان دایره عظیمه روشنایی از قطبین نمی‌گذارد و این دایره در عرصه‌های بالا بیش از 1800 طول کره زمین را روشن می‌کند، در نتیجه طول شب و روز در تابستان با همدیگر فرق می‌کند. چون طول ساعات هر روز در هر نقطه از تقسیم درجات دایره عظیمه روشنی آن روز و در آن مکان 150 بدست می‌آید، لذا در تابستان در نیمکره شمالی روز‌ها بلند و شبها کوتاه است.در اواسط فصول پاییز و بهار (یا حد اعتدالین) به خاطر حفظ تمایل محوری زمین ، در ضمن حرکت انتقالی ، دایره عظیمه روشنایی از قطبین می‌گذرد، در نتیجه در هر دو نیمکره شمالی و جنوبی دایره عظیمه روشنایی ، در تمام عرضهای جغرافیایی تقریبا در وسط این دو فصل 180 زمین را در بر می‌گیرد و طول شبانه روز باهم مساوی و برابر 12 ساعت می‌شود. طول شبانه روز در مدت زمان حرکت وضعی و تعداد روزها در حرکت انتقالی یک سال همیشه ثابت نبوده است. طول شبانه روز در فصول مختلف سال تا یک ربع ساعت اختلاف پیدا می‌کند به علاوه طول شبانه روز در چهار صد میلیون سال پیش فقط 22 ساعت بوده است و تعداد روزهای سال به چهار‌صد می‌رسیده است. این مطلب را از روی نمو روزانه مرجانها حساب کرده‌اند. در سطح زمین نقاطی که در بین استوا و عرضهای 230.5 شمالی یا جنوبی هستند دو بار در سال ، در ظهر ، خورشید بر آنها بطور عمودی می‌تابد و فاقد سایه هستند.

حرکت تقدیمی یا پیشروی زمین

امتداد محور زمین در آسمان همانند یک فرفره جابجا می‌شود. این جابجایی و تغییر محور دوران زمین را حرکت تقدیمی می‌نامند و هر ۲۶ هزار سال یک بار یک دایره را در آسمان تکمیل می‌کند. این حرکت به خاطر تاثیر برآیند نیروهای گرانشی وارد بر زمین است و تاثیری که از آن مشاهده می‌شود تغییر امتداد قطبین سماوی است. در حال حاضر امتداد محور دوران زمین و در نتیجه قطب شمال سماوی، در نزدیکی ستاره‌ی قطبی است اما به دلیل این حرکت محل قطب شمال سماوی در طول این بازه ۲۶ هزار ساله جابجا می‌شود.

حرکت تقدیمی حرکتی است که به موجب خم بودن محور زمین نسبت به مدار خود ایجاد می‌شود و در نتیجه کشش گرانشی خورشید، ماه و سیاره‌ها بر برآمدگی استوای زمین به‌وجود می‌آید. این حرکت موجب می‌شود که نقاط اعتدال در میان صورت‌های فلکی به سمت مغرب حرکت کنند. محور چرخش زمین، مخروطی را طی ۲۵۷۶۵ سال طی می‌کند.

پریود یا دوره گردش حرکت تقدیمی محور زمین حدود ۲۶۰۰۰ سال است. همزمان با این پدیده مدار گردش زمین به دور خورشید که بشکل بیضی (با خروج از مرکز حدود ۰٫۰۱۶۷۱) است با سرعت آهسته ای می‌چرخد. این چرخش بنوبه خود به گردش فصل‌ها با دوره ۲۱٬۰۰۰ سال می‌انجامد. بعلاوه زاویه بین محور زمین و راستای عمود بر صفحه مداری حرکت زمین، که اکنون °23.44 و در حال کاهش است، با تناوبی ۴۱۰۰۰ ساله بین °22.1 تا °24.5 تغییر می‌کند. آخرین پدیده از این گروه، تغییر خروج از مرکز بیضی مدار زمین با دوره گردش متغیر بین ۱۰۰ هزار سال تا ۴۰۰ هزار سال است.

برآیند کل این تغییرات چرخه‌ای، باعث افت و خیزهای دوره‌ای در میزان ثابت خورشیدی و در نتیجه مقدار و میزان دریافت انرژی خورشیدی بر سطح سیاره زمین می‌شود. این تعییرات در دریافت انرژی خورشیدی به نوبه خود بر میانگین درجه حرارت سطح سیاره زمین تاثیر گذاشته و سبب تغییر اقلیم در نواحی گوناگون سیاره زمین در دراز مدت می‌شود.

نمایش تغییر زاویۀ محور گردش زمین به دور خود

افزایش این زاویه موجب بارزتر شدن خصیصۀ هر فصل و کاهش این زاویه سبب ملایم تر شدن همان ویژگی می شود. یعنی افزایش زاویه موجب سردتر شدن زمستانها و گرمتر شدن تابستانها می شود. علت این پدیده آنست که با افزایش زاویۀ گردش محور زمین، دامنه چرخشی در هر فصل سال بزرگتر شده و در آن زمین مثلاً در تابستان در طول چرخش خود مدت طولانی تری در معرض آفتاب روزانه قرار گرفته و بنابراین انرژی روزانۀ بیشتری از خورشید دریافت می کند. البته این تغییرات با دامنۀ یکسان و در دو جهت متفاوت در تابستان و زمستان برای تمامی نقاط در عرضهای جغرافیایی بطور یکسان عمل نمی‌کنند. نقاطی از زمین که دارای عرض جغرافیایی بیشتری هستند با افزایش زاویه به نسبت متوسط انرژی خورشیدی بیشتری دریافت می کنند و بر عکس نقاط با عرض جغرافیایی کمتر هم به نسبت متوسط انرژی خورشیدی کمتری دریافت می کنند. از آنجا که اکثراً سطح مناطق با عرض جغرافیایی بالاتر به قطبها نزدیک است و با یخ و برف پوشیده شده است؛ تابستانهای خنکتر در این نواحی به معنای بیشتر باقی ماندن برف و یخ سالهای گذشته است، می توان بحث کرد که کاهش این زاویه به دو علت ایجاد عصر یخبندان را روی زمین ترجیح می دهد: کاهش دریافت انرژی خورشیدی کلی تابستانی و بعلاوه کاهش دریافت میانگین انرژی خورشیدی روزانه در عرضهای بالای جغرافیایی.

این زاویه در حال حاضر برابر است با °۲۳٫۴۴ یعنی تقریباً در میانه تغییرات خود قرار دارد. این زاویه در حال کاهش است و مقدار کمینه ی خود را در حدود سال ۱۱۸۰۰ میلادی تجربه خواهد کرد. مقدار بیشینۀ قبلی آن در سال ۸۷۰۰ قبل از میلاد رخ داده است. همچنانکه گفته شد این روند تا سال ۱۱۸۰۰ میلادی ادامه خواهد داشت؛ لذا زمستانهای گرم تر و تابستانهای خنک تر (فصول معتدل تر) از نتایج این پدیده خواهد بود؛ و همچنین روی هم رفته باعث روند خنک شدن زمین خواهد شد.

دانشمندان برای مطالعه آثار و عواقب زوایای افراطی تر، از مدل های کامپیوتری استفاده کرده و نتیجه گرفته اند که زوایای افراطی تر منجر به تشدید فصول (وضعیت های افراطی در آب و هوا) خواهد شد. این پدیده می تواند بطور ویژه ای انواع پیشرفته حیات را که در حال حاضر بر روی کره زمین وجود دارند تهدید کند. دانشمندان خاطرنشان می سازند که زوایای افراطی، احتمالاً محیط زیست سیاره زمین را به طور کامل عقیم نخواهد ساخت؛ اما سیاره زمین را برای زندگی و رشد موجودات ضعیف خونگرم ساکن خشکی ها، دشوارتر از امروز خواهد ساخت.

در حال حاضر محور چرخشی زمین تقریباً در امتداد ستاره قطبی است ولی به‌دلیل این حرکت چند هزار سال دیگر نمی‌توان از این ستاره به‌عنوان ستاره قطبی استفاده کرد.

هم اکنون محور زمین، در راستای ستاره آلفای دب اصغر (شمال) قرار دارد ولی در 5000 سال قبل در جهت ستاره ثعبان بوده است. در حالی که حدود 12000 سال دیگر به سمت ستاره ی نسر واقع قرار خواهد گرفت

ابرخس در قرن دوم قبل از میلاد، پدیده های ناشی از حرکت تقدیمی را تا حدودی توضیح داد، ولی تقریباً دوهزار سال بعد نیوتن به صورت علمی، عمل و آثار آن را بیان کرد. این حرکت، در جهت حرکت عقربه های ساعت است و باعث تغییر موضع اعتدالین در روی کره سماوی می شود.

حرکت رقص محور یا حرکت ترقصی (Nutation) 

زمین در عین حال به همراه ماه سیستمی دو‌تایی را تشکیل می‌دهند. اگرچه به نظر می‌رسد ماه به دور زمین در حال گردش است اما در واقع ماه و زمین به دور مرکز جرم مشترکشان در حال چرخشند. به دلیل جرم بیشتر زمین این مرکز جرم بسیار نزدیک به سطح زمین قرار دارد اما به هر حال هر یک ماه قمری یک بار زمین این مرکز جرم را دور می‌زند.

این حرکت بسیار کمتر است بنابراین تنها یک لرزش سینوسی در مدار زمین ایجاد می‌کند؛ که دلیل این امر جاذبه و چرخش ماه به دور زمین است.

مدار ماه و دائرةالبروج با هم زاویه‌ای حدود ۵ درجه می سازند بنابراین مدار ماه و دائرةالبروج در دو گره با هم برخورد دارند که به دلیل ثابت نبودن نیروی بین ماه، زمین و خورشید به سبب تغییر فاصله بین آن ها مکان این گره ها ثابت نیست و پیوسته تغییر می کند به این حرکت حرکت ترقصی (به انگلیسی: Nutation) می‌گویند. همین امر موجب تغییر در دوره های ماه گرفتگی می شود به طوری که هر یک از گره ها در یک دوره ۱۸ سال و ۱۰ روز که آن را چرخه ساروس می نامند ۳۶۰ درجه تغییر می کنند. تغییر نیرو در سیستم زمین ماه و خورشید در مدار زمین هم بی تاثیر نیست به شکلی که یک حرکت سینوسی در حرکت تقدیمی زمین ایجاد می شود و زمین مدام در هنگام حرکت تقدیمی نوسان می کند و مقدار این نوسان ۹ ثانیه قوس است به طوری که هر رفت و برگشت این نوسان ۱۸.۶ سال (هجده ممیز شش دهم سال) طول می کشد.

به علت عدم انطباق مدار ماه بر صفحه دایره البروج، نیروهای گرانشی ماه و خورشید دائماً تغییر می کنند و در نتیجه در حرکت محور زمین (حرکت تقدیمی) تزلزلی پدید می آید و مدار تقدیمی محور، به صورت منحنی کنگره داری در می آید که به آن رقص محوری زمین می گویند. رقص ناشی از تأثیر ماه دامنه اش 9/12 ثانیه قوس و دوره اش حدود 18/6 سال و رقص ناشی از تأثیر خورشید حدود 1/2 ثانیه و دوره اش یک سال است.

 کل منظومه‌ی شمسی شامل خورشید، زمین و سیاره‌ها و همه‌ی اجرامی که تحت تاثیر گرانش خورشید قرار دارند در حال حرکت در کهکشان راه شیری است . جهت و سرعت حرکت تک تک ستاره‌ها در این حرکت درون کهکشانی متفاوت است و خورشید ما به همراه منظومه‌اش، با سرعت 220 کیلومتر در ثانیه به سوی صورت فلکی شلیاق و ستاره نسر در حال حرکت است. با این سرعت چیزی حدودی ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال طول می‌کشد تا خورشید و در نتیجه زمین، یک بار کهکشان را دور بزند که به آن سال کیهانی می گویند .
علاوه بر این حرکت‌ها، باید در نظر داشت که کهکشان راه شیری با سرعت 288 کیلومتر در ثانیه به کهکشان امراه المسلسله نزدیک می شود و در حال حرکت درون خوشه‌ی محلی است. خوشه‌ی محلی کهکشانی نیز درون اَبَر خوشه‌ی محلی و اَبَرخوشه‌های محلی نیز در ساختاری بزگتر در حال حرکتند. همه‌ی این حرکت‌ها به اجزای کوچک‌تر این ساختارها و در نتیجه زمین نیز وارد می‌شود.

پیچش و چرخش مخروطی محور چرخش جسم آسمانی یا مدارش بر اثر گرانش (که آهسته و پیوسته است)، تقدیم اعتدالین، تقدیم حضیض خورشیدی و اوج و حضیض مدارها، تغییر انحراف محوری زمین نسبت به مدار، خروج از مرکز مداری در چندده‌هزار سال همهٔ اجزای مهم نظریهٔ نجومی عصر یخبندان است
و شاید زمین حرکات دیگری هم دارد که ما هنوز موفق به کشف آن ها نشده ایم .