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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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如果现在你可以在脑海中想象出地球自转的现象,那就没什么难的了。只要理解了地球自转的道理,那么从图中很自然地就能看出:在北极和P圈(与白天黑夜的分界线相切)之间的这部分,在地球自转一周的过程中,没有一个时刻是离开太阳光的照射的;相对的,在南极和R圈之间的这部分,在24小时之内,始终没有太阳光的照射,所以这部分一直都是处于黑暗之中。我们把图中的P圈叫做北极圈,在6月21日这天,没有黑夜。
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现在,我们再往下看,看图中的T圈,假设地球正在自转,那么在这个圈上,一开始收到太阳光照射的那些点,就会随着地球的自转转到黑夜区域,也就是没有太阳光的区域。这圈上的点也会经历白天和黑夜之间的变换,从图中还可以看出,白天的时间总是比黑夜的长,因为有太阳光照射的部分比没有被照射的部分要大。因此,这圈上的点的白天比黑夜长。至于图中的北极圈与T圈之间的部分,越靠近北极,白天就越长,黑夜就越短;而越靠近E圈(也就是赤道)所在的地方,白天就越短,黑夜就越长。仔细看图,就能明白上面所讲的内容了。同样通过图,我们还可以看出赤道上的每一个点,白天和黑夜的时间是均等的,都是12小时,因为赤道两边,黑的和白的各占一半。
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当北半球日长夜短时,南半球是什么状况呢?看插图就一目了然了。从中可以看出,往南白天在慢慢缩短,而黑夜在慢慢延长,因为没有阴影的部分在逐渐缩小,有阴影的部分在逐渐扩大。同时,南极附近的地方没有白天,地球自转时,这一区域并不会转到有太阳光照射的地方,所以24小时之内,都是黑夜。因此,在6月21日,这部分区域是极夜。我们把图中的R圈叫做南极圈。
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太阳光射到地面产生的热量因角度不同而不同,直射比斜射产生的热量要多些。受太阳直射的地方温度会很高,而受斜射的地方温度会相对低一些。要理解这个道理很简单,就跟我们用火炉取暖一样。取暖的时候,我们会把手放在火炉正上方,这样感受到的热量是最多的,就跟太阳的直射一样;当移开一点点的时候,感受到的热量就不是那么多,温度也不会那么高,就跟太阳斜射一样。虽然地球是整个暴露在太阳光下的,但是每个地方接收到的太阳光都是不同的。有些地方是太阳直射,而有些地方不是。因此,在同一个时间,地球上各个地方的温度不尽相同。有些地方是酷暑,有些地方则是寒冬。
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如果知道了6月21日这天哪个地方受到太阳直射,就知道了哪些地方是最热的。你们还记得前面讲过的铅垂线吧——与地球表面垂直的线,铅垂线如果被延长,一定会通过地球球心。在图10中,太阳光直射到T点,如果把太阳光线延长,那么一定会经过球心,像这样的光线就叫做垂直光线,它是指与地球表面垂直的光线。假如站在T点,就能感到一股强烈的热量。这个位置的太阳光是最强的,T圈上所有的点都是一样的,正午的时候都受到太阳光直射。我们把T圈称作北回归线,在6月21日这天,北回归线上所有的点都将受到太阳直射。
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