旋轉(zhuǎn)的地球

□ 聞新 劉釗

旋轉(zhuǎn)的地球

□ 聞新 劉釗

假如沒(méi)有閏年會(huì)怎樣？

地球就像宇宙飛船，依靠自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和有限資源來(lái)支撐人類生存。如果地球停止運(yùn)轉(zhuǎn)，它將沒(méi)有夏天和冬天、沒(méi)有白天和黑夜。地球的運(yùn)動(dòng)屬于復(fù)合式的運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)樗瑑煞N不同的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是自轉(zhuǎn)，另一個(gè)是繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。

回歸年、普通年和閏年的關(guān)系

地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周需要365.24天，比人類規(guī)定的年多四分之一天。這樣每過(guò)四年就會(huì)多一天。所以天文學(xué)家就把這多出的一天放在閏年里，把閏年的閏日加在2月的最后一天。因此，凡是閏年的2月都是29天。如果不這樣規(guī)定，大約在780年后，元旦將會(huì)同夏至碰在一起。規(guī)定閏年的目的是建立地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的匹配關(guān)系。

太陽(yáng)光線與地球緯度的關(guān)系

緯度是一個(gè)角度，其范圍從赤道的0度到南北極的90度。在地球上，緯度相同的連線或其平行線，是一個(gè)與赤道平行的大圓。通常緯度與經(jīng)度一起使用，以確定地表上某點(diǎn)的精確位置。GPS或北斗導(dǎo)航儀器輸出的數(shù)據(jù)就是地球當(dāng)前位置的經(jīng)度和緯度。

太陽(yáng)光線與緯度

在地球表面不同的緯度上，所接收到的太陽(yáng)輻射能量是不同的。在地球低緯度的地區(qū)，太陽(yáng)光線輻射幾乎是直射的，這時(shí)太陽(yáng)輻射的能量被集中在地球上的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，所接收到的太陽(yáng)能量不會(huì)被擴(kuò)散很多。在地球高緯度的地方，因?yàn)檫@時(shí)太陽(yáng)射線以一定的角度照射到地球表面上，所以太陽(yáng)光線就會(huì)斜射在地球上，照射面積比較大，接收到的太陽(yáng)能量被擴(kuò)散很多。

地球自轉(zhuǎn)對(duì)形狀的影響

地球的形狀

地球并不是一個(gè)正球體，因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)改變了它的形狀。英國(guó)物理學(xué)家牛頓曾指出，地球由于自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，因而不可能是正球體，而只能是一個(gè)兩極壓縮，赤道隆起，像橘子一樣的扁球體，但當(dāng)時(shí)很多人反對(duì)牛頓的觀點(diǎn)。后來(lái)，法國(guó)國(guó)王路易十四派出兩個(gè)遠(yuǎn)征隊(duì)，去實(shí)測(cè)子午線的弧度，證明了牛頓的扁球理論是正確。

在赤道上，地球的直徑是12756千米，比從北極到南極的直徑長(zhǎng)42.4千米。在赤道上，地球自轉(zhuǎn)的線速度是45米/秒，而在兩極處，因?yàn)榈厍虻闹荛L(zhǎng)比較小，所以自轉(zhuǎn)的線速度就比較小。地球有一個(gè)自轉(zhuǎn)軸，地球每天從西向東旋轉(zhuǎn)，這就是人們每天看見(jiàn)太陽(yáng)從東升起的原因。

假如地球自轉(zhuǎn)軸不傾斜會(huì)怎樣呢？

太陽(yáng)帶給地球光和熱，太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度決定地球表面某一范圍（或區(qū)域）的溫度。太陽(yáng)垂直照射時(shí)，單位表面積接受的輻射量大，氣溫高。太陽(yáng)傾斜照射時(shí)，單位表面積接受的輻射量小，氣溫就低，沒(méi)有陽(yáng)光照射時(shí)，氣溫會(huì)持續(xù)下降。

太陽(yáng)照射強(qiáng)度決定地球的季節(jié)

當(dāng)?shù)厍虮睒O傾向太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)光的直射點(diǎn)在北半球，北半球接受的輻射量大，氣溫高，就是北半球的夏季。而在南半球，太陽(yáng)是斜射地面的，單位表面積接受的輻射量小，氣溫就低，就是南半球的冬季。當(dāng)?shù)厍虻哪蠘O傾向太陽(yáng)時(shí)，因?yàn)橥瑯拥脑?，南北半球的季?jié)恰好相反。

反之，假設(shè)地球自轉(zhuǎn)軸不傾斜，則地球上一年中每天的正午太陽(yáng)高度都不變，每天接收的太陽(yáng)輻射都一樣，氣溫也都一樣，就不會(huì)有四季的區(qū)別，每個(gè)地方就只有一季，赤道和南北緯30度以內(nèi)的地方永遠(yuǎn)是夏季，南北緯60度以上的地方永遠(yuǎn)是冬季。如果地球自轉(zhuǎn)軸不傾斜，太陽(yáng)直射點(diǎn)固定在赤道，地球各地區(qū)受熱常年不變，氣候基本不改變，如果那時(shí)還有四季之分的話，從赤道向兩極的氣候變化為夏季、春季、秋季、冬季。

太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)

太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)是地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一種反映。

地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道是橢圓形的，所以地球與太陽(yáng)的距離不總是相等。每年的1月份，地球與太陽(yáng)的距離最近，大約為147496千米，也稱為近地點(diǎn)。每年的7月份，地球與太陽(yáng)的距離最遠(yuǎn)，大約為152501千米，也稱為遠(yuǎn)地點(diǎn)。

在軌道上運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)四個(gè)季節(jié)

假如3月21日，你站在赤道上，太陽(yáng)正好在你頭頂?shù)恼戏?，其白天和晚上的時(shí)間相等，所以稱這一天為春分。而6月21日稱為夏至，這一天太陽(yáng)會(huì)直射到北半球，正好是北半球的夏天，同時(shí)也是北半球全年最長(zhǎng)的一天。在9月21日，北極沒(méi)有黑夜，整個(gè)24小時(shí)都是白天。

當(dāng)春分過(guò)去6個(gè)月之后，9月22日，也稱為秋分，與春分一樣，太陽(yáng)正好在你頭頂?shù)恼戏剑@一天的白天和晚上時(shí)間相等。再過(guò)3個(gè)月之后，12月21日，也稱冬至。由于地球的轉(zhuǎn)軸傾斜而致，冬至太陽(yáng)光直射到南半球，這是南半球最長(zhǎng)的一天，也是北半球最短的一天。冬至?xí)r南極沒(méi)有黑夜，而北極則沒(méi)有白天。

地球自轉(zhuǎn)軸傾角的變化與顫抖

地球自轉(zhuǎn)軸的周期性變化幅度

地球繞軸旋轉(zhuǎn)（想象一根棍子，穿過(guò)南北兩極），但地軸不是直立,它在一個(gè)角度傾斜。這個(gè)角隨時(shí)間變化，目前已知地軸傾斜有周期性的變化，約4萬(wàn)年的周期變化，幅度從22.1度到24.5度，目前的傾斜度是23.5度。如果傾角增加，則夏季變暖，冬天變冷。此外，地球軌道的橢圓的偏心率大約以10萬(wàn)年左右的周期在變化。

由于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球的自轉(zhuǎn)軸受到日、月引力的影響，而在空中做錐形運(yùn)動(dòng)，也就是物理學(xué)上所謂的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。進(jìn)動(dòng)就是歲差，兩者名詞不同，歲差則是天文學(xué)的名詞進(jìn)動(dòng)造成歲差。地球歲差的周期大約是26000年左右，歲差現(xiàn)象使地軸在黃道打轉(zhuǎn)，造成春分點(diǎn)平均每年后退50弧秒。今天太陽(yáng)運(yùn)行，每月所在的黃道十二星座，與3000多年以前發(fā)明的占星術(shù)中太陽(yáng)所在的星座已經(jīng)不同。北極星也逐漸移動(dòng)，14000年后，織女星將成為北極星。

與進(jìn)動(dòng)有關(guān)的一種運(yùn)動(dòng)，稱為章動(dòng)，它是在進(jìn)動(dòng)過(guò)程中，地球自轉(zhuǎn)軸輕微抖動(dòng)的現(xiàn)象。這兩種運(yùn)動(dòng)，都是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)軸傾斜，以及因?yàn)樽赞D(zhuǎn)所造成的形狀改變所產(chǎn)生。

下期預(yù)告：時(shí)間是一個(gè)很抽象的概念，為了得到準(zhǔn)確時(shí)刻，國(guó)際上規(guī)定了幾種時(shí)間系統(tǒng)。下期題目為“時(shí)間系統(tǒng)”，將介紹真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)、世界時(shí)與地方時(shí)、歷書(shū)時(shí)、原子時(shí)、力學(xué)時(shí)，以及建立時(shí)間系統(tǒng)涉及到的人文事件等等。