旋轉的地球

□ 聞新 劉釗

旋轉的地球

□ 聞新 劉釗

假如沒有閏年會怎樣？

地球就像宇宙飛船，依靠自身的旋轉運動和有限資源來支撐人類生存。如果地球停止運轉，它將沒有夏天和冬天、沒有白天和黑夜。地球的運動屬于復合式的運動，這是因為它包含兩種不同的運動，一個是自轉，另一個是繞太陽公轉。

回歸年、普通年和閏年的關系

地球繞太陽公轉一周需要365.24天，比人類規定的年多四分之一天。這樣每過四年就會多一天。所以天文學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。如果不這樣規定，大約在780年后，元旦將會同夏至碰在一起。規定閏年的目的是建立地球自轉和公轉的匹配關系。

太陽光線與地球緯度的關系

緯度是一個角度，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，是一個與赤道平行的大圓。通常緯度與經度一起使用，以確定地表上某點的精確位置。GPS或北斗導航儀器輸出的數據就是地球當前位置的經度和緯度。

太陽光線與緯度

在地球表面不同的緯度上，所接收到的太陽輻射能量是不同的。在地球低緯度的地區，太陽光線輻射幾乎是直射的，這時太陽輻射的能量被集中在地球上的一個小區域內，所接收到的太陽能量不會被擴散很多。在地球高緯度的地方，因為這時太陽射線以一定的角度照射到地球表面上，所以太陽光線就會斜射在地球上，照射面積比較大，接收到的太陽能量被擴散很多。

地球自轉對形狀的影響

地球的形狀

地球并不是一個正球體，因為地球自轉改變了它的形狀。英國物理學家牛頓曾指出，地球由于自轉軸旋轉，因而不可能是正球體，而只能是一個兩極壓縮，赤道隆起，像橘子一樣的扁球體，但當時很多人反對牛頓的觀點。后來，法國國王路易十四派出兩個遠征隊，去實測子午線的弧度，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42.4千米。在赤道上，地球自轉的線速度是45米/秒，而在兩極處，因為地球的周長比較小，所以自轉的線速度就比較小。地球有一個自轉軸，地球每天從西向東旋轉，這就是人們每天看見太陽從東升起的原因。

假如地球自轉軸不傾斜會怎樣呢？

太陽帶給地球光和熱，太陽輻射的強度決定地球表面某一范圍（或區域）的溫度。太陽垂直照射時，單位表面積接受的輻射量大，氣溫高。太陽傾斜照射時，單位表面積接受的輻射量小，氣溫就低，沒有陽光照射時，氣溫會持續下降。

太陽照射強度決定地球的季節

當地球北極傾向太陽時，太陽光的直射點在北半球，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。當地球的南極傾向太陽時，因為同樣的原因，南北半球的季節恰好相反。

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

太陽周年視運動

太陽周年視運動，實質是地球公轉運動的一種反映。

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

在軌道上運動出現四個季節

假如3月21日，你站在赤道上，太陽正好在你頭頂的正上方，其白天和晚上的時間相等，所以稱這一天為春分。而6月21日稱為夏至，這一天太陽會直射到北半球，正好是北半球的夏天，同時也是北半球全年最長的一天。在9月21日，北極沒有黑夜，整個24小時都是白天。

當春分過去6個月之后，9月22日，也稱為秋分，與春分一樣，太陽正好在你頭頂的正上方，這一天的白天和晚上時間相等。再過3個月之后，12月21日，也稱冬至。由于地球的轉軸傾斜而致，冬至太陽光直射到南半球，這是南半球最長的一天，也是北半球最短的一天。冬至時南極沒有黑夜，而北極則沒有白天。

地球自轉軸傾角的變化與顫抖

地球自轉軸的周期性變化幅度

地球繞軸旋轉（想象一根棍子，穿過南北兩極），但地軸不是直立,它在一個角度傾斜。這個角隨時間變化，目前已知地軸傾斜有周期性的變化，約4萬年的周期變化，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10萬年左右的周期在變化。

由于地球繞太陽公轉時，地球的自轉軸受到日、月引力的影響，而在空中做錐形運動，也就是物理學上所謂的進動現象。進動就是歲差，兩者名詞不同，歲差則是天文學的名詞進動造成歲差。地球歲差的周期大約是26000年左右，歲差現象使地軸在黃道打轉，造成春分點平均每年后退50弧秒。今天太陽運行，每月所在的黃道十二星座，與3000多年以前發明的占星術中太陽所在的星座已經不同。北極星也逐漸移動，14000年后，織女星將成為北極星。

與進動有關的一種運動，稱為章動，它是在進動過程中，地球自轉軸輕微抖動的現象。這兩種運動，都是因為地球自轉軸傾斜，以及因為自轉所造成的形狀改變所產生。

下期預告：時間是一個很抽象的概念，為了得到準確時刻，國際上規定了幾種時間系統。下期題目為“時間系統”，將介紹真太陽時與平太陽時、世界時與地方時、歷書時、原子時、力學時，以及建立時間系統涉及到的人文事件等等。