“星星每天都在圍繞北極星順時針旋轉(zhuǎn)”嗎？

胡方平

本文針對教科版小學(xué)科學(xué)五年級下冊《北極星“不動”的秘密》一課，對星星旋轉(zhuǎn)的方向進行了分析，闡述了觀測星星旋轉(zhuǎn)方向的原理和正確方法，指出了教材中所說的“星星每天都在圍繞北極星順時針旋轉(zhuǎn)”這一科學(xué)錯誤。

在教科版小學(xué)科學(xué)五年級下冊《北極星“不動”的秘密》（第82頁）一課中，有關(guān)于星星旋轉(zhuǎn)方向的描述，如圖：

這里面，涉及了“相對運動”和“運動方向”的概念，為此，教材在前面一課《誰先迎來黎明》中有專門的探究來幫助學(xué)生理解，如圖：

在看了書上的介紹后，我對以上這些內(nèi)容進行了仔細分析，發(fā)現(xiàn)書上關(guān)于星星旋轉(zhuǎn)方向的說法是錯誤的，應(yīng)該予以糾正。

下面談一談我對這個問題的認識。

首先，書上第80頁“確認地球自轉(zhuǎn)方向”一節(jié)中講了兩個生活中的例子，第一個是通過在行駛的車上看窗外的樹林，讓學(xué)生理解車和樹林是一種“相對運動”，運動方向是相反的。第二個是坐在轉(zhuǎn)椅上看周圍的景物，讓學(xué)生理解轉(zhuǎn)椅和周圍的景物也是一種相對運動，運動方向也是相反的。粗看起來，這似乎很符合我們的常識，想起來也理所當(dāng)然。但是，仔細想想，事實卻并非如此簡單，書上的這兩個例子不是同一類問題，而是截然不同的兩類問題，有著兩個截然不同的理解和結(jié)果。第一個在行駛的車上看窗外的樹林，這可以理解為一種相對的平移運動，汽車從東向西，那車上的人看到的景物肯定是反方向運動的，也就是從西向東運動的，這個沒有錯。但第二個例子坐在轉(zhuǎn)椅上看周圍的景物，這不是一種相對的平移運動，而是一種相對的旋轉(zhuǎn)運動，它沒有固定的“東”和“西”作參照，不能和第一種例子混為一談。

那么，做相對旋轉(zhuǎn)運動時，兩個物體的旋轉(zhuǎn)方向也是相反的嗎？

為了說清楚這個問題，首先要來說一說怎樣觀測并確定旋轉(zhuǎn)的方向。假如旋轉(zhuǎn)的面水平的話，那作為觀測者要么站在旋轉(zhuǎn)面上方從上往下觀測（俯視），要么站在旋轉(zhuǎn)面下方從下往上看（仰視），只能從這兩種觀測點來觀測。如果從旋轉(zhuǎn)面的側(cè)面來觀測，那么觀測者就看不到做圓周運動的旋轉(zhuǎn)面，從而無法確定是順時針旋轉(zhuǎn)還是逆時針旋轉(zhuǎn)。

第二，分別站在這個水平旋轉(zhuǎn)面的上方和下方來觀察這同一個旋轉(zhuǎn)面，那

第二，分別站在這個水平旋轉(zhuǎn)面的上方和下方來觀察這同一個旋轉(zhuǎn)面，那么會得出不同的結(jié)論，如果在上方從上往下看（俯視）看到的是逆時針旋轉(zhuǎn)，那么在下方從下往上看（仰視）看到的卻是順時針旋轉(zhuǎn)。所以，站在不同的觀測點來觀測，觀測的結(jié)果是不同的。因此，要確定旋轉(zhuǎn)的方向，首先要確定怎樣觀測，也就是從哪一個觀測點來觀測，以什么方式來觀測，這非常重要，因為它直接決定了觀測的結(jié)論。

所以，以上兩點說明觀測旋轉(zhuǎn)運動時首先應(yīng)明確觀測點和觀測方式。

那在第二個例子中，坐在椅子上的人分別是以怎樣的觀測方式來觀測椅子的旋轉(zhuǎn)方向和周圍景物的旋轉(zhuǎn)方向的呢？書上講到“坐在轉(zhuǎn)椅上，如果順時針轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)椅……”，這里觀測者肯定是站在轉(zhuǎn)椅的上面來觀測轉(zhuǎn)椅的，也就是觀測點在轉(zhuǎn)椅的上方，觀測者是俯視的。而對于周圍的景物，觀測者是怎樣觀測的呢？書上很模糊，沒有說清楚，圖上似乎觀測者是平視周圍景物的，但這個我剛才也分析過了，觀察旋轉(zhuǎn)運動時不可能從旋轉(zhuǎn)面的側(cè)面能看得出旋轉(zhuǎn)方向的，所以不合理。那按照書上的說法只能理解為觀測者既是俯視觀測轉(zhuǎn)椅的，也是俯視觀測周圍景物的，也就是都是從轉(zhuǎn)椅和周圍景物的上方作為觀測點來看的，從而得出轉(zhuǎn)椅和周圍景物是相對反方向運動的，即：轉(zhuǎn)椅順時針旋轉(zhuǎn)，周圍景物相對逆時針旋轉(zhuǎn)。如果是這樣理解的話，那問題就來了，在書第82頁的星空照片上，我們觀測者肯定是站在地球上仰視（從下往上）觀測星星的，看地球的時候又是俯視（從上往下）觀測地球的，這樣的觀測方式明顯是和前面轉(zhuǎn)椅的例子是不同的，完全是兩碼事。因此，以轉(zhuǎn)椅的例子來說明判斷星星旋轉(zhuǎn)方向的方法是完全錯誤的。

那如果和站在地球上仰視觀測星星一樣，我們在轉(zhuǎn)椅上仰視周圍景物的時候，看到的景物旋轉(zhuǎn)方向到底是怎樣的呢？我想，這個并不難，我們可以自己坐在轉(zhuǎn)椅上，先讓轉(zhuǎn)椅逆時針旋轉(zhuǎn)（俯視），然后抬頭看天花板（仰視），自然很容易就知道天花板的旋轉(zhuǎn)方向了。這里要強調(diào)一點的是，相對旋轉(zhuǎn)運動和相對平移運動是完全不同的，以坐在轉(zhuǎn)椅上的人來觀測，轉(zhuǎn)椅逆時針旋轉(zhuǎn)時（俯視），天花板也是逆時針旋轉(zhuǎn)的（仰視），旋轉(zhuǎn)的方向是相同的。而這一點，正是容易被誤解的地方。

綜上所述，書上所說的“星星每天都圍繞北極星在順時針旋轉(zhuǎn)”是錯誤的，應(yīng)該予以糾正。也只有“星星每天都圍繞北極星在逆時針旋轉(zhuǎn)”，才能和我們看到的星星的東升西落相吻合，否則就互相矛盾了（在北半球朝北極星方向看，也就是朝北看，所有星星都是逆時針繞著旋轉(zhuǎn)，所以我們看到的這個旋轉(zhuǎn)星空的上半部星星都是東升西落的）。此外，書上第80頁“我們知道地球在自轉(zhuǎn)……地球自轉(zhuǎn)的方向……是自西向東（或逆時針）方向”這一說法也不科學(xué)、不嚴謹。第一，“自西向東”這個詞完全不適合用在描述旋轉(zhuǎn)方向上。第二，在說逆時針方向時，最好說清楚是以俯視還是仰視來看，否則容易混淆。endprint