地球每天绕着自己的轴旋转,同时也绕着太阳运行(同样也是反时针方向);它的轨道略呈椭圆形,而不是完整的圆形。地球以惊人的速度环绕太阳运行,每小时大概运行十万公里,大约相当于一般驾驶人在6年中开车的里数。换言之,我们是以每秒钟30千米的速度飞驰在太空中,这比任何子弹都快得多。你读完这一小段文字时,我们差不多已经沿着地球绕太阳运行的轨道运行了大约1000千米。
part 1 自转
每24小时,地球绕着自己的轴旋转一周;它的赤道周长为40075.7千米。因此,当一个人一动不动地站立在赤道上时,事实上他是在移动中,以大约每小时1600千米的速度跟随地球旋转。从外太空俯瞰北极,我们会发现,地球的自转是反时针方向的。
相对于轨道面,地球的自转轴略为倾斜(大约和垂直线成23.5度角)。这个倾斜造成季节的变化:每年有6个月,它将北极和整个北半球引离太阳,让南半球享受夏季,然后在剩下的6个月,将南极和南半球引离太阳,让北半球享受夏天。阳光照射到地球表面任何一个地点的角度每年一次的变化,以及那个地点接受阳光的时数在一年中的变易,是造成季节循环更迭的原因。
在天文学中,地球的倾斜被称为“斜交”;它的轨道面向外延伸在天球中形成一个大圆圈,则被称为“黄道”。天文学家常提到的“天赤道”,是将地球的赤道延伸到天球。今天,天赤道和黄道之间大约成23.5度角,因为地球的自转轴和垂直线之间成23.5度角。被称为“黄赤交角”的这个角并不是一成不变的。在漫长的岁月中,黄赤交角不断地改变,虽然速度极为缓慢,但改变的幅度也从未超过3度——最接近垂直线时是22.1度,离垂直线最远时是24.5度。整个周期,从24.5度到22.1度,然后又回到24.5度,总共需要大约4.1万年的时间。
地球的自转
圆周运动会产生强大的离心力,使得地球的“纸袋”在赤道部位向外膨胀,一如牛顿在17世纪证明的。而圆周运动的必然结果就是两极的扁平化。故此,地球实在不算是一个浑圆的球体,严格地说,它应该被称为“扁球”。地球的赤道半径为6378.137千米,要比两极半径(6359.752千米)稍大一些。
扩展阅读 节气分点
每一年有四个关键性的天文时刻,正式宣告春、夏、秋、冬季节的开始。这些时刻(或称“基点”)是冬至、夏至、春分、秋分。在北半球,冬至在12月21日这天来临,是一年中白昼最短的一天,夏至则在6月21日出现,是一年中白昼最长的一天。南半球正好相反:冬季从6月21日开始,夏季在12月21日来临。春分和秋分则是一年中全球各地白昼和黑夜等长的两天。一如夏至和冬至,北半球春季来临之日(3月20日)正好是南半球秋季的第一天;北半球秋季的第一天(9月22日)正好是南半球春季的开始。
part 2 公转
地球环绕太阳一周需要一年时间,因此,我们唯有通过四季的缓慢变化,才能察觉到我们参与的这一场惊人的太空轨道赛跑。
地球公转是一种周期性的圆周运动,因此,地球公转速度包含着角速度和线速度两个方面。地球公转的平均角速度是每年360度,即每日59分,平均线速度为每年9.4亿公里,即每秒29.78公里。地球轨道总长度是9.4亿千米,因此,地球公转的平均线速度就是每年9.4亿千米,也就是经过365.2564日地球公转了9.4亿千米,即每秒钟公转29.8千米,约每秒公转30千米。地球于每年1月初经过近日点,7月初经过远日点,因此,从当年1月初到7月初,地球与太阳的距离逐渐加大,地球公转速度逐渐减慢;从7月初到来年1月初,地球与太阳的距离逐渐缩小,地球公转速度逐渐加快。视太阳由春分点经过夏至点到秋分点,地球公转速度较慢,需要186天,长于全年的一半,此时是北半球的夏半年和南半球的冬半年;视太阳由秋分点经过冬至点到春分点,地球公转速度较快,需要179天,短于全年的一半,此时是北半球的冬半年和南半球的夏半年。由此可见,地球公转速度的变化,是造成地球上四季不等长的原因。
地球在沿着轨道环绕太阳快速运行时,还得进行自转。公转一圈费时一年,自转一周只消一天工夫,黄赤交角从最大到最小的周期则需要4.1万年。
知识链接 南半球的圣诞节
我们已经知道,12月21日是北半球的冬至日,南半球的夏至日。每年的12月25日,也就是北半球最冷的季节里,到处是皑皑白雪,人们在温暖的炉火旁唱起了圣诞歌曲,圣诞老人穿着红袍,戴着红帽,驾着他的驯鹿车给孩子们送礼物……但是想想,同样要过圣诞节的澳大利亚是什么样的情景?
位于南半球的澳大利亚曾经是英属殖民地,那里的人大都保留着英国式的生活传统。他们怎么在最热的季节里过圣诞节呢?
由于气候正值炎热的夏季,澳大利亚的圣诞老公公大都穿着花衬衫,骑着摩托车在路上来来往往,户外是热辣辣的太阳,商场里面却装饰着彩灯和塑料泡沫的“冰雪”,给人营造出北半球寒冷的场景。
怪博士出题
地球的公转带来了四季的更替,那么地球的自转对我们有什么影响呢?