地球如何繞行太陽

近幾天，筆者在幾個微信群里見到有人轉發這樣一個帖子：“從明天五點二十七分開始，太陽將會遠離地球，天氣會因此變得比較寒冷，這種現象叫作Aphelion（遠日點）現象，平時，地球和太陽的距離是9000萬千米，如遇上Aphelion現象，太陽會遠離地球1億5200萬千米，這種現象將會延續至2022年8月，一般天氣會比平時要冷，可能因此帶來身體不適，如感冒、咳嗽、呼吸短促等。所以，在這期間要多喝水，多吃有益于健康的營養品，以便增強身體抵抗力，免受疾病侵襲。”轉發者不乏一些高級知識分子。筆者曾及時在群里發帖揭露這個謊言，澄清事實，但總感到言不盡意。為避免進一步謬種流傳，誤導公眾，筆者認為有必要撰文更詳盡地闡明一些道理。

1609—1619年，德國天文學家開普勒應用丹麥天文學家第谷的行星觀測資料（當時最精確），發現了著名的行星運動三定律：

第一定律（橢圓定律）：所有行星繞太陽公轉運動的軌道是橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上。

第二定律（面積定律）：連接太陽到行星的直線在相等時間內掃過的面積相等。

地球環繞太陽的運行完全符合行星運動的規律，也就是說，地球在環繞太陽的一條橢圓軌道上運行。回憶一下橢圓的概念：

橢圓是圓錐曲線的一種，即圓錐與平面的截線。平面與圓錐相截得的橢圓如圖1所示。

橢圓是平面上到兩個固定點的距離之和是常數的點的軌跡（如圖2）。這兩個固定點叫作橢圓的焦點。

實際上，半長徑等于日地平均距離。也就是說，如果把1年365日每一日的日地距離算出來，取平均值，這個平均值就等于半長徑。光線從太陽發出，經過這段距離到達地球，費時8分19秒。天文學家取日地平均距離為1天文單位，用來計量太陽系里的距離，相當方便（關于天文單位，現代的嚴格定義不在這里敘述）。例如，太陽到木星的平均距離是5.2天文單位。

從上面的介紹可見，地球與太陽的距離不可能是9000萬千米，更不可能在某個時刻突然開始改變，從9000萬千米變成1億5200萬千米，甚至還要持續到8月份。

地球運行也符合行星運動第二定律，表現為地球在繞日軌道上的運行速度隨時改變。當日地距離較長時，速度較小；反之，速度較大。例如，地球過近日點時的運行速度是30.3千米/秒，過遠日點時的運行速度是29.3千米/秒，公轉的平均速度是29.8千米/秒。

如圖6，地球過遠日點（位置③）的時候，北半球正處盛夏，這時的日地距離是1億5210萬千米，并不是如編帖者所說的，地球到了這個距離“一般天氣會比平時要冷”，反而是在地球過近日點（位置①）的時候，北半球這里才是隆冬天氣。

也許，有人會拿南半球來說事：“那里不正符合編帖者所說的情況嗎？”拿南北兩半球合起來考察，正說明地球上天氣的冷暖變化是由于地球自轉軸對于公轉軌道面傾斜造成的，這其實是連小學生都知道的常識。由于這一傾角（約66.5°），地球在軌道上運行的過程中陽光直射點在地球南北方向移動，陽光直射時炎熱，斜射時寒冷。因此，地球上氣溫的變化，根本原因并不是地球與太陽之間距離的改變！

如果正如編帖者所說，“平時，地球和太陽的距離是9000萬千米”，那么，這個“平時”的我們將會處于什么狀態呢？天文學家設定了恒星周圍的一個區域，在這里類地行星能夠保持住液態水，將其稱為“宜居帶”。類地行星一定要在宜居帶，才有可能產生生命，這些生命進化成有智能的生物，在地球上就是人類。宜居帶是一個有一定寬度的環形區域，靠近恒星的一邊為內邊緣，另一邊為外邊緣。設定宜居帶內邊緣的依據是，在這一邊上，由于距離恒星太近，溫度太高，行星會失去水分；設定外邊緣的依據則是，在這一邊上，由于離開恒星太遠，溫度太低，水會凍結。

太陽系也有一個宜居帶。天文學家以太陽的表面溫度6000℃為根據進行計算，就太陽系的宜居帶已經作出了各種估計。一項新近的研究給出的范圍是：內邊緣0.77—0.87天文單位，外邊緣1.02—1.18 天文單位。按照這個估計，我們的鄰居金星與太陽的平均距離是0.723天文單位（約1億820萬千米），稍微偏離了宜居帶；而火星與太陽的平均距離是1.524天文單位，離宜居帶就相當遠了。所以，在這兩顆行星上不可能存在高等生物。金星由于離太陽較近，再加上大氣成分以二氧化碳為主，會產生強烈的溫室效應，現在的表面溫度處處高達480℃，地面上的巖石都被烤得通紅。

編帖者所說的地球與太陽的距離，甚至比金星與太陽的距離還近，可以想見，地球的狀態將會怎樣。要真是這樣，恐怕地球上就不存在產生這類帖子的條件，也不容筆者針對帖子饒舌了。實際上，地球正好坐落在合適的位置，因為地球與太陽的距離就是1天文單位，正處于難能可貴的宜居帶里。

（蕭耐園，教授，南京大學天文系，郵編：210008）