旋转的地球

□ 闻新 刘钊

旋转的地球

□ 闻新 刘钊

假如没有闰年会怎样？

地球就像宇宙飞船，依靠自身的旋转运动和有限资源来支撑人类生存。如果地球停止运转，它将没有夏天和冬天、没有白天和黑夜。地球的运动属于复合式的运动，这是因为它包含两种不同的运动，一个是自转，另一个是绕太阳公转。

回归年、普通年和闰年的关系

地球绕太阳公转一周需要365.24天，比人类规定的年多四分之一天。这样每过四年就会多一天。所以天文学家就把这多出的一天放在闰年里，把闰年的闰日加在2月的最后一天。因此，凡是闰年的2月都是29天。如果不这样规定，大约在780年后，元旦将会同夏至碰在一起。规定闰年的目的是建立地球自转和公转的匹配关系。

太阳光线与地球纬度的关系

纬度是一个角度，其范围从赤道的0度到南北极的90度。在地球上，纬度相同的连线或其平行线，是一个与赤道平行的大圆。通常纬度与经度一起使用，以确定地表上某点的精确位置。GPS或北斗导航仪器输出的数据就是地球当前位置的经度和纬度。

太阳光线与纬度

在地球表面不同的纬度上，所接收到的太阳辐射能量是不同的。在地球低纬度的地区，太阳光线辐射几乎是直射的，这时太阳辐射的能量被集中在地球上的一个小区域内，所接收到的太阳能量不会被扩散很多。在地球高纬度的地方，因为这时太阳射线以一定的角度照射到地球表面上，所以太阳光线就会斜射在地球上，照射面积比较大，接收到的太阳能量被扩散很多。

地球自转对形状的影响

地球的形状

地球并不是一个正球体，因为地球自转改变了它的形状。英国物理学家牛顿曾指出，地球由于自转轴旋转，因而不可能是正球体，而只能是一个两极压缩，赤道隆起，像橘子一样的扁球体，但当时很多人反对牛顿的观点。后来，法国国王路易十四派出两个远征队，去实测子午线的弧度，证明了牛顿的扁球理论是正确。

在赤道上，地球的直径是12756千米，比从北极到南极的直径长42.4千米。在赤道上，地球自转的线速度是45米/秒，而在两极处，因为地球的周长比较小，所以自转的线速度就比较小。地球有一个自转轴，地球每天从西向东旋转，这就是人们每天看见太阳从东升起的原因。

假如地球自转轴不倾斜会怎样呢？

太阳带给地球光和热，太阳辐射的强度决定地球表面某一范围（或区域）的温度。太阳垂直照射时，单位表面积接受的辐射量大，气温高。太阳倾斜照射时，单位表面积接受的辐射量小，气温就低，没有阳光照射时，气温会持续下降。

太阳照射强度决定地球的季节

当地球北极倾向太阳时，太阳光的直射点在北半球，北半球接受的辐射量大，气温高，就是北半球的夏季。而在南半球，太阳是斜射地面的，单位表面积接受的辐射量小，气温就低，就是南半球的冬季。当地球的南极倾向太阳时，因为同样的原因，南北半球的季节恰好相反。

反之，假设地球自转轴不倾斜，则地球上一年中每天的正午太阳高度都不变，每天接收的太阳辐射都一样，气温也都一样，就不会有四季的区别，每个地方就只有一季，赤道和南北纬30度以内的地方永远是夏季，南北纬60度以上的地方永远是冬季。如果地球自转轴不倾斜，太阳直射点固定在赤道，地球各地区受热常年不变，气候基本不改变，如果那时还有四季之分的话，从赤道向两极的气候变化为夏季、春季、秋季、冬季。

太阳周年视运动

太阳周年视运动，实质是地球公转运动的一种反映。

地球绕太阳运行的轨道是椭圆形的，所以地球与太阳的距离不总是相等。每年的1月份，地球与太阳的距离最近，大约为147496千米，也称为近地点。每年的7月份，地球与太阳的距离最远，大约为152501千米，也称为远地点。

在轨道上运动出现四个季节

假如3月21日，你站在赤道上，太阳正好在你头顶的正上方，其白天和晚上的时间相等，所以称这一天为春分。而6月21日称为夏至，这一天太阳会直射到北半球，正好是北半球的夏天，同时也是北半球全年最长的一天。在9月21日，北极没有黑夜，整个24小时都是白天。

当春分过去6个月之后，9月22日，也称为秋分，与春分一样，太阳正好在你头顶的正上方，这一天的白天和晚上时间相等。再过3个月之后，12月21日，也称冬至。由于地球的转轴倾斜而致，冬至太阳光直射到南半球，这是南半球最长的一天，也是北半球最短的一天。冬至时南极没有黑夜，而北极则没有白天。

地球自转轴倾角的变化与颤抖

地球自转轴的周期性变化幅度

地球绕轴旋转（想象一根棍子，穿过南北两极），但地轴不是直立,它在一个角度倾斜。这个角随时间变化，目前已知地轴倾斜有周期性的变化，约4万年的周期变化，幅度从22.1度到24.5度，目前的倾斜度是23.5度。如果倾角增加，则夏季变暖，冬天变冷。此外，地球轨道的椭圆的偏心率大约以10万年左右的周期在变化。

由于地球绕太阳公转时，地球的自转轴受到日、月引力的影响，而在空中做锥形运动，也就是物理学上所谓的进动现象。进动就是岁差，两者名词不同，岁差则是天文学的名词进动造成岁差。地球岁差的周期大约是26000年左右，岁差现象使地轴在黄道打转，造成春分点平均每年后退50弧秒。今天太阳运行，每月所在的黄道十二星座，与3000多年以前发明的占星术中太阳所在的星座已经不同。北极星也逐渐移动，14000年后，织女星将成为北极星。

与进动有关的一种运动，称为章动，它是在进动过程中，地球自转轴轻微抖动的现象。这两种运动，都是因为地球自转轴倾斜，以及因为自转所造成的形状改变所产生。

下期预告：时间是一个很抽象的概念，为了得到准确时刻，国际上规定了几种时间系统。下期题目为“时间系统”，将介绍真太阳时与平太阳时、世界时与地方时、历书时、原子时、力学时，以及建立时间系统涉及到的人文事件等等。