九、地球的公转与自转——一年四季的联系
2018-10-25 22:12:12
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九、地球的公转与自转——一年四季的联系

我们居住、生活的地球是太阳系大家族中的一位特殊的成员。它所独有的“一年四季”与它绕太阳的公转和本身的自转是紧密联系在一起的。

地球的形状,顾名思义,是“球”形的。公元前五、六世纪,古希腊哲学家从“球形最完美”这一概念出发,认为地球是球形的。到了公元前350年前后,古希腊学者亚里士多德通过观察月食,根据月球上地影是一个圆形,第一次科学地论证了地球是个球体。大约与此同时,我国战国时期哲学家惠施提出地球呈现球形的看法。1519年葡萄牙航海家麦哲伦率领的5艘海船,完成了第一次环绕地球的航行,从而直接证实了地球是球形的。从此,人们便一致把我们所在的世界称为“地球”。这一基本概念竟是中外哲学家、学者和航海家多年前达成的共识,可惜那时他们没有直接的联系。

地球是太阳系八大行星之一。再按离太阳由近及远的次序,八大行星依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。地球排为第三。太阳作为恒星带着八颗行星在银河系运行,好似一位老公公带着八个小孩子在太空遨游、玩耍。地球这个“小三”与其它七位弟兄围着太阳转,这叫“公转”,好比遨游;地球及其它兄弟们本身又自转,好像玩耍。

太阳系中与地球关系最紧密、对地球影响最大的天体自然是太阳。最主要的联系是太阳引力。这是由地球尤其是太阳的质量决定的。太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。太阳系质量的 99.87% 都集中在太阳上。太阳的直径 139.2万公里,相当于地球直径的109倍;体积为1.412 ×10^18立方公里,相对于地球的130 0000倍;质量为1.989×10^27 吨,相对于地球质量33,34万倍,绝对是个庞然大物.。地球是太阳系中密度最大的行星,现在有40-46亿岁。地球呈两极稍扁赤道略鼓的不规则的椭圆球体。赤道周长为40076千米,赤道半径6378.137千米,极半径6356.75千米,平均半径6371千米,这是最合适的半径,使得地球不太大也不太小!地球的体积为10830亿立方公里,质量为6×10^21吨。

地球按照巨大的惯性应该做匀速直线运动,但因为受到太阳的强有力吸引而围绕太阳做圆周运动,即是公转。地球离太阳究竟有多远呢?我们可以这样想象,太阳缩小到一个标准篮球的大小,在离它26米远的地方有像一粒大米的地球。地球距离太阳中心1.5亿公里,比金星稍远,比火星稍近,不太远也不太近,是地球与太阳最合适的距离!地球公转速度包含着角速度和线速度两个方面。假设公转周期为一个恒星年(365天6小时9分10秒)地球公转角速度约1°/日,一月初在近日点附近比较快,七月初在远日点附近比较慢。地球以每秒约30公里的速度,沿着一个偏心率很小的椭圆(实际上在近日点减速,远日点加速)绕着太阳公转。1小时=3600秒,那么地球就是以每小时108000公里的速度绕着太阳公转。

地球与太阳之间还有热量的联系。太阳中心温度约 2000万摄氏度,表面积 6.09 × 10^12 平方公里,表面温度约 5500 摄氏度,绝对是个超热的大火球。谁离太阳太近了,保准会烤焦、烤化,而离它太远了,又得不到足够的热量、能量。我们地球离它1.5亿公里,不近也不远。这使得地球能接收到太阳给予的最适度的阳光,吸收最适当的能量,避免了两个极端的危险,实在是恰到好处。

地球与太阳之间第三种联系是时间的联系。我们知道,地球公转一圈所用的时间即公转的周期是一年。这期间地球自转365圈,也就是所谓的“1年有365天”,更精确地说是自转365.2422圈,所以地球的年历有4年加一天的规定。这一天加在能被4整除的年份(如最近的2016年)2月的最后一天,即为2月29日。

地球内部有核、幔、壳结构,地球外部有水圈、大气圈以及磁场。地球表面积5.1亿平方公里,其中71%为海洋,29%为陆地,这是水陆最合适的比例!水的比热最大,能够调节地球温度的平衡,使她的大气层在太热的时候能降些温,在太冷的时候能升些温,从而使气温更加稳定。在人类发射的卫星上看地球呈蓝色。地球是目前宇宙中已知存在生命的唯一的天体,养育了繁荣兴旺的生物大家族,是包括70亿人类在内上百万种生物的家园!

地球除了公转外还有自转,自转的周期是23小时56分4秒。地球自转又分角速度和线速度。地球的角速度就是地球上的各点相对于中轴所转的角度。角速度除两级外各地相同,大约15°/每小时。地球自转时,地表面上任意一点的速度,叫“线速度”,即在单位时间内所转动的弧线长,单位用米/秒表示。这个弧线长和地球纬线的方向是一致的。线速度的大小,和各地的地理纬度及测点的海拔高度都有很大的关系。一般来说,纬度越低,线速度越大;纬度越高,线速度越小。海拔越高的地点,线速度越大;反之越小。海拔高度相同的地点,线速度自赤道向两级逐渐减小,也就是自转线速度赤道最大,越往两级越小,极点为零;南北纬60°,是赤道的一半。例如,赤道上的线速度为465米/秒,24小时可运行40000多公里,即是“坐地日行八万里”。而纬度30°、60°、90°(两极)各处点的线速度分别为403米/秒、233米/秒和0米/秒。北京的地理纬度是北纬39°54',线速度为356.7米/秒。也就是说,北京的居民即使原地不动,其实他们随地球运动的速度比声音的传播速度还快。

地球自转所绕的中轴是个假想轴,北端与地表的交点是北极,南端与地表的交点是南极,地球始终不停地绕着这个假想的轴运转,故又称地球自转轴。而这个轴不是与地球公转的轨道面垂直的。如果这根中轴垂直于公转运行轨道,那地球自转引起的就只有日夜变化,而不会有四季的转换;如果这根中轴平行于公转运行轨道且垂直与太阳,那地球自转引起的不用说四季的转换,就连日夜变化都没有,有的只是向着太阳的一面地球永远是白天,温度高得难生物难以承受;而背着太阳的一面永远是黑夜,温度低得生物不能生存。

实际的情况是:夜空群星朝北斗,地上百花向太阳。地球自转,其中轴的北端总是指向北极星。北极星是在任何时候最靠近北天极的显眼的恒星。现在的北极星是小熊座α星,位于离北天极约1°处,它是一颗距离地球为1300(有说430)光年的高光度星。因为北极星如此遥远,当地球在围绕太阳公转的所有地点和时刻,地球的中轴才是平行的。而地球自转的中轴偏偏与公转轨道有一个66°34′的夹角。千万不要小看这个倾斜角!它的存在使得地球在公转同时又以这个角度不停地自转,由此引发了地球四季的变换。这是怎么回事呢?

原来,一束携带着能量的太阳光,如果直射在一块地面上,假设接受全部的能量,地面的温度就会较高;而在斜射下来时,所照射的地面面积必然更广大,同量的光能分散了,原来那块地面接受的光和能量相应就少了,其温度就不如直射时高。地球以倾斜的角度自转,地球表面就变换着角度接受太阳照射,从而产生温度的季节性变换。正当太阳直射赤道时,北半球的中国如果是春季,南半球就是秋季,白天和黑夜时间等长;当地球自转至太阳直射北半球时,北半球是夏季,南半球接受斜射,是冬季;到太阳直射到地球最北部要往回南移时,地球的这道纬线称作“北回归线 ”,此时正是农历夏至,白天最长,夜间最短。太阳再南移直射赤道,即是秋分。当地球自转使得太阳南移直射南半球时,南、北两个半球冬夏季互换。到太阳直射到地球最南部要往回北移时,地球的这道纬线称作“南回归线 ”,此时中国是冬至,白天最短,夜间最长。中国的二十四节气是以地球相对于太阳的位置和照射的角度、强度来定的,是与太阳直接相联系的,因此是“阳历”。

人类聪明地划定南北向经线,把地球表面从东到西划分成360度,分成不同的时区。与此同时,这些经线又把这些时区联系起来,组成完整的地球。同样的道理,人类再划定东西向纬线,把地球表面从赤道分别到北极和南极划分成90度,分成不同的寒带、温带、热带气候区。北、南回归线都是纬线。与此同时,这些纬线又把这些气候区联系起来,组成完整的地球。再进一步,地球的经线和纬线交织在一起,每一个交点就能够确定每一个地点的位置,从而与其它地点区分开来;更进一步,交织在一起的经线和纬线又把每一个交点、每一个确定的地点联系起来,从而与地球的其它地点联系起来,将整个地球联系起来。

地球自西向东自转,同时它有一个天然卫星——月球,二者组成一个天体系统-——地月系统。这个系统起源于46亿年前的原始太阳星云。地球和月球相比,一个地球有49个月球那么大。月球围绕地球转一周就是一个月。中国农历以此纪月、纪年,是为“阴历”;再加上阳历的二十四节气,所以称为“阴阳历”。“月有阴晴圆缺”,从地球看月亮,一个月当中有上弦月、满月、下弦月的变化。弦月如两头尖尖的小船,满月如圆润光亮的玉盘。这又是一个天象奇观,就不细说了。

加倍珍惜我们这颗天赐的星球吧!她给我们提供了最适合的生存、生长、繁衍、发育的得天独厚的条件,是我们最温暖、最舒适的家园,春天百花吐艳,夏天郁郁葱葱;秋天金黄遍野;冬天冰天雪地。一年四季美丽绚烂的景色交替变换,把我们人类的命运和地球的命运更紧密、更美好地联系起来。愿我们人类发展的脚步更慢一些,更从容、更稳当一些,从而更加好好享受这天赐的幸福吧!

参见百度、百科搜索、360搜索等。

2018年10月25日

 
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