自转轴
zì zhuàn zhóu
自转轴是穿过一个天体中心、天体围绕其旋转的假想直线；地球的自转轴从北极延伸到南极。
Definition
自转轴是一条笔直穿过旋转物体中心的假想直线；地球的自转轴从北极延伸到南极，地球每天绕着这条轴自转一周。自转轴与垂直于地球轨道平面的直线之间有 $23.5^\circ$ 的夹角，并且在一年之中始终指向太空中同一个方向，这正是季节产生的原因。从物理上讲，自转轴就是地球角动量矢量所在的直线；根据角动量守恒定律，只要没有外力矩作用，它在惯性空间中就会保持不变。太阳和月球对地球赤道隆起部分施加的力矩，会使自转轴以半张角 $23.5^\circ$ 做进动，周期约为 $25{,}800$ 年，此外还叠加有一个周期约 $18.6$ 年、幅度更小的章动。地球的地理极点相对于地壳还会出现钱德勒摆动，产生几米范围内的漂移；而地磁极与自转极是两码事，二者各自独立移动。
Example
陀螺绕着自己的轴转动，篮球在球员手指上旋转时，也是绕着一条从手指一直穿到球顶部的轴转动。夏洛特位于北纬 $35^\circ$，地球北向的自转轴指向天空中高出北方地平线 $35^\circ$ 的一个点，那里恰好由北极星标示；如果站在赤道上，北极星会正好位于地平线上，而在北极点，它则会正好悬在头顶正上方。由于岁差的作用，未来几个世纪里北极星会逐渐偏离天极，大约 $12{,}000$ 年后，明亮的织女星将成为新的北极星。公元前约 $2{,}700$ 年时的北极星是天龙座的右枢星，古埃及金字塔的建造者当年正是以它为基准对齐的。
Key Insight
地球的北向自转轴几乎正好指向北极星，这正是北极星整夜几乎静止不动、而其他所有恒星都仿佛绕着它旋转的原因。自转轴在一年之中并不会来回摆动：它在六月和十二月指向的方向完全相同，真正发生变化的，是地球在轨道上运行时哪个半球更靠近太阳。地球的地轴倾角异常稳定，只在约 $41{,}000$ 年的周期内于约 $22.1^\circ$ 到 $24.5^\circ$ 之间小幅变化，这是因为月球的引力起到了稳定作用。而没有大型卫星的火星，其地轴倾角却曾经摆动了数十度，带来了剧烈的气候后果。