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没错,这颗星星P就是极星,当其他的星星都在自东向西做圆周运动时,这颗星星基本上都是静止的。地轴就在这颗星星的附近,假如把地轴延长,它将会冲破我们假想出来的天穹。如果很熟悉大熊座的话,只要按照下面的方法,就可以很容易找出极星:首先找到离大熊座头部最近的两颗星星,把它们连成一条直线,然后延长,穿过大熊座的背,直到找到一颗比它周围的星星都亮的星星,那么这颗星就是极星。要是怕找错,还可以利用小熊座来确认,只要检查这颗最亮的星星所处的星座是不是小熊座就行了。
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地球两极所在区域的名称来源于大熊座。比如:与大熊座相对的海洋就叫北冰洋,在希腊语中,“arctos”这个词就是熊的意思。而在地球的另一边离大熊座最远的海洋,被称作南冰洋。我们也把地球的两极称作南极和北极,离我们较近的极点就是北极。
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从地轴的位置和星星的运行,我们才得出指南针的四个最主要的方位:北、南、东、西。地轴是指向南北,而星星的运行方向是自东向西。在特定的环境下,我们就可以找出东西南北,也就是找出我们自己所在的位置。白天的时候,想要找出东西南北,可以面对太阳升起的地方站着,这时前面是东,后面是西,左边是北,右边是南。当然,太阳下山时,判断的方法也是很简单的。如果是面朝太阳下山的地方站着,那么前面是西,后面就是东,右边是北,左边是南。假如是在晴朗的晚上,那么我们看到的极星的位置就是北,后面就是南,右边是东,左边是西。
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有时候我们会用“东方”这个词来代替“东”,意思是升起的;而“西”则会用“西方”这个词表示,意思是落下的。同样,我们也会用形容词“东方的”和“西方的”来分别表示“东边的”和“西边的”。在结束这个话题之前,还有一点也是要了解的,那就是指南针上的其他四个方位。东北就是指东面和北面的中间,东南就是东面和南面的中间。不用再作解释你们也知道西北和西南是指什么了吧。最后一点是:在地图上,如果没有特别标明,那么上面就是北,下面就是南,左边是西,右边是东。
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在告诉你们地球的运行轨道之前,我猜你们会对一个表象问题感到很困惑。假如地球一天转一圈的话,那么当它转到一半时,我们应该也是绕过了地球半圈,然后我们应该是在跟起点相对的位置。一开始,我们的头在上,脚在下,但是12小时过后,应该是脚在上,头在下。最初我们还是正立的,但是过了12小时之后,应该就变成倒立的了。可是为什么这样“倒立地站着”,我们都不会感到不舒服呢?为什么不会掉下去呢?正常来说,要保证不掉下去,我们是应该紧紧地贴在地球上的,可是事实上根本不需要这样做,我们不会发生任何意外。
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你们的疑问看起来是很合理的。确实12小时之后,我们是颠倒过来的,也就是变成头在下,脚在上。可是,尽管是倒立的,我们也不会有掉下去的危险,甚至不会感到一点点的不适应。对我们的身体来讲,头应该一直是在上面,朝着天空,而脚一直是在下方,深深地扎根在地上的。但是,请记住一点:在无边无际的宇宙中,是没有所谓的“上”和“下”的概念的。宇宙中到处都一样,你怎样来判断哪个是在“上”,哪个是在“下”呢?地球以外的任何地方,是没有上下之分的,只有在地球上,“下”是用来表示朝着地面的方向,而“上”是指朝着天空的方向。我们在地球上的任何行动都会受到地球引力的作用,所以可以保持着头在上脚在下的站立姿势,并不会感到任何不便或者不适,也不会对每12小时之后身体的颠倒有任何感觉。
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在这里,你们可能会提出另一个疑问——如果坐着热气球离开有地球引力的地面,升到一定的高度,可以看到下面的地球旋转吗?海洋、岛屿、陆地、帝国、森林以及山脉,这些物体都在观察者的眼皮子底下一一经过,这时候应该可以看到地球的一次完整旋转吧。这样的场景一定非常壮观!这将是多么棒的旅程啊!当地球旋转一周,把我们居住的国家带回到原来的地方时,就在短短的时间内,不需要移动一步,我们就完成了一次全球之旅。
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是的,我同意,能够这样轻易地就看遍世界,那将多么美妙啊!不过,我提醒你们:要进行这样的旅程,那么请小心一点,因为你们需要爬到非常非常高的高度。在地球上有一些极高的山脉,这些山脉永远都是跟着地球在转动,如果其中一条山脉恰巧运行到你所在的位置,那么在你还没反应过来的时候,你就已经死了,你所期待的视觉盛宴也将化为乌有。你应该有自己的判断,地球上的每一点每一天都在围绕着地轴旋转,虽然这些点转动的速度不一样,因为它们的运行轨道长度都不一样。离地轴最远的点的运行轨道是最长的,因此它的转速是最快的,在极点附近的点的运行轨道就比较小,因此它们运行得很慢。极点相对于地球上的其他地方来说,是保持静止的。这些我们都可以用橘子绕着毛线针转的例子来解释。因此,离地轴最远的那些点,一天运行的距离是4万千米,速度大约是每分钟28千米。在我们所在的地方(按:法国),速度会小点,大约是每分钟20千米,差不多是快速火车速度的20倍,跟炮弹的速度相当。看到那样一座转速极快的山在向你靠进,你还会保持清醒的头脑吗?这小小的旅程听起来很有意思,事实上,是极其危险的。你可能会因为这段旅程的危险系数而放弃,还有另一个使你放弃的原因,那就是:上述种种是根本不可能发生的。
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笼罩着整个地球的大气层,也是地球的一部分,所以也会随着地球的转动而转动。因此,置身大气层的热气球也会随着地球转动,并不会停下来,而周围的环境也不会发生改变。现在你会回答,那一切都了然了,可是,你还是会因为大气层是随着地球的转动而转动感到很遗憾。假如大气层是静止的,那你就得非常小心地躲开快速靠近的山脉,同时也就可以享受一次简单快速的旅程了。不过真的很可惜,太可惜了。
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我的小读者们,你们的推理方式就跟拉·封丹寓言中的佃农加罗一样。让我们再来仔细看一下这个问题,看看假如大气层不随地球一起转动而是保持静止的,那么会有什么情况发生。当你奔跑的时候,静止的空气就像微风一样迎面吹来。当你坐在快速行驶的火车上时,你会看到窗帘飘了起来,就好像有强风吹过一样,即使外面一片叶子也没掉落。当火车停止时,也就没有风了,但是当火车又开始走时,风会再一次吹起来,而且随着火车的速度的增加,风力也会增大。所以我们可以把风的产生分为两种:一种是空气是静止的,而物体是逆着空气而动;另一种是物体是静止的,而空气朝着物体运动。第一种风就是普通的风,第二种风则是因为行走的火车才产生的。
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现在你们会看到:如果大气层是静止的,那么地球表面上的所有物体(除了那些在两极附近的)都会用力拍打着大气层,最后会产生强有力的飓风,就好像大气层自身正在以每分钟28千米的速度在转动,如果是在法国,那就是每分钟20千米。最强的飓风的风速最多是每分钟3千米,在这样的风速下,树木将会被连根拔起,地上的石头会被吹到空中,房子也会被吹翻。假如风速达到7~9倍呢,会有什么样的结果?没有什么可以抵挡得了这样的强风,甚至山都会被它推倒。那么现在,请告诉我,地球绕着地轴转动,而大气层却保持静止,这样会比大气层随着地球转动更好吗?
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大地记 第五章 季节与气候
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由于受到太阳引力的作用,地球围绕着太阳在恒定的轨道上做圆周运动,周期是365天6时9分10秒,如此年复一年,从未间断。在没有任何支点支撑的情况下,地球以每小时10800千米的速度公转,却从来没有偏离过假想出来的运行轨道。仅仅是想想如此快的速度,都会让人感觉眩晕;但同时这个速度也是很缓慢的,只要稍微想一下,就会有一个大体的概念。地球在围绕着太阳转的同时也在自转,自转的周期是24小时,正是由于它的自转,才有了白天黑夜的交替变换。地球自转的轨道并不是水平的,相对于地球的公转轨道,地轴是倾斜的,而且这个倾斜度始终不变。也就是说,地轴的方向一直都是一样的,换言之,不管地球运行到公转轨道上的哪个位置,地轴所指的方向都是一致的。
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图9向我们展示了地球公转轨道上的四个最主要的位置。到A点,6月21日,夏天来了;B点,9月22日,秋天已到;C点,12月21日,冬天降临;D点,3月20日,春天出现了。当地球在A点和B点之间运行时,那就是夏天;B点和C点之间就是秋天;C点和D点之间就是冬天;而D点和A点之间就是春天。在这里,还需特别注意,在四个位置上,地轴指的都是同一个方向。由于地球的自转和公转,地球和太阳之间的相对位置发生了变化,才有了四季的变换。
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图9
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假设现在是6月底了,这个时候的太阳是起得最早的。在我们所在的地方,这段时间,早上4点太阳就会从东方升起开始它一天的行程,日照时间长达16个小时,直到晚上8点太阳才会完全消失不见。正中午的时候,太阳几乎是在我们头顶的正上方,所以要看它的话,必须尽量向上看。不过这时候的太阳是非常耀眼且非常热的!几乎所有的太阳光都笼罩着整个大气层,它的热气也渗进大地。在这个季节,我们会拥有最长的白天和最短的夜晚,白天有16个小时,夜晚有8个小时。再向北一点点,白天时间变长,夜晚时间变短。在有些地方,可能早上6点太阳就升起来,而到晚上10点才落下去;还有些地方,凌晨1点太阳就爬起来了,半夜11点才落下去;甚至有些地方太阳几乎一直照射,太阳还未消失在地平线之前又马上升了起来;离北极很近的地方是没有黑夜的,在那里,你会看到太阳从不落山,晚上和白天一样亮,而在北极圈,太阳有时连续几周甚至几个月都不会落到地平线下,到了晚上依然可以像白天一样看到太阳。
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向相反的方向走,或者说向南走,你会看到完全相反的景象:太阳不很刺眼,温度不高,白天时间短,晚上时间长;在南极附近,则没有白天,只有黑夜。因此,在6月末,南北半球的黑夜和白天的时间完全是相反的:北半球日长夜短,阳光很刺眼,温度很高,在北极的地方持续日照;南半球日短夜长,阳光很微弱,温度很低,在南极的地方没有日照。
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南北半球的光照强度、日照时间不一,这是很好解释的。图10向我们展示了地球到达图9中的A点时(也就是6月21日)与太阳的相对位置,那些平行线所表示的是太阳光线。这里,我们没有把太阳画出来,因为如果按正确的比例画,它与地球之间的距离有300米,在这本书上根本没法呈现,所以我们就用这些太阳光线来代表太阳,地球在自转的同时,也受到太阳光的照射。
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图10
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地轴与地球的公转轨道之间是有一定的倾斜度的,这一点我之前已经讲过,而且从插图上也能看得很清楚。从图9中,可以看出,太阳光一次只能照射到球体的一半,另外一半是照不到的。因此,当地球的这一半是白天,那么另一半就是黑夜。图9中阴影部分所表示的就是太阳照不到的地方。面向太阳的白色部分表示白天,背向太阳的那部分则是黑夜。如图所示,因为地轴是倾斜的,所以白天和黑夜的分界线并没有经过两极,而是穿过北极的右侧,南极的左侧。现在先想象一下地球绕着地轴转,除了极点之外,地球表面上的每一个点都会绕着地轴做圆周运动,离极点越近的点,轨道长度就越小。现在,你们大体清楚地球自转是怎么一回事了吧?不过还是觉得这一切都很神秘,对吧?
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