地球如何在跑(2)

2.斜着身子转——地球公转
　　地球除了绕着自身的地轴自转外，还沿着椭圆的轨道绕太阳不疲倦地旋 转，正像儿童们玩的陀螺旋转一样，一方面绕着它的轴旋转，一方面又兜着 圈，不时地变换着位置。我们把地球的绕日运动，叫作“地球的公转”。公 转一周的时间为一年（称为太阳年或回归年），即 365 日 5 小时 48 分 46 秒， 或 365.2422 日。此一周指地球在轨道上连续两次经过春分点的时间，角度为 359°59＇10＂，而不是真正一周 360°。要转够 360°（一周），总需时得 365 日 6 小时 9 分 9.7 秒，或 365.25636 日。后者又称为恒星年。即地球连 续两次通过太阳和另一恒星的连线与地球轨道的交点所需的时间。
（1）地球公转的证明
　　地球公转的最早证明，是由观察恒星得到的。当人们对星空一些恒星进 行长时间观察时，发现了这么一个有趣的现象: 有的恒星相对于背景星空也 有运动，在一年中，运动轨迹呈现一个椭圆形。大家知道，天空的恒星都是 十分遥远的，在短短的一年时间内能发现恒星运动的轨迹为一椭圆形，简直 不可思议。那么为什么又会有这种感观，原来不是别的，正是由于观察者是 站在地球上，由于地球在绕太阳做着公转运动时，运动轨道又是一个大的椭 圆，因而产生了相对运动的感观结果，使观察者看到了恒星的椭圆运动。
（2）地球的公转“跑道”
　　地球运动要不出乱子，也应当在自己的跑道上“循规蹈距”运动才行。 地球绕日的公转“跑道”，也称地球轨道（图 2—10），或称地球公转轨道。 轨道形状，是一个椭圆。 地球公转的轨道，是不是一个标准的几何形椭圆呢？不是，在太阳系中， 不但太阳对地球有强大的引力，使它不至于飞出太阳系之外；同时，临近的 月球、水星、金星、火星等星体对地球也都有引力，这些因素都影响着地球 的轨道形状。不过，行星及卫星对地球的引力比之太阳对地球的引力十分微 弱，所以改变不了地球绕日运动轨道的基本形状。因此，地球的轨道大体来 说，是个不太扁、也不太圆的椭圆形状。这个椭圆所构成的面，叫作地球的 轨道面。椭圆的最长直径叫作“长轴”，最短的直径叫作“短轴”。长轴与 短轴的交点，叫作椭圆的中心。太阳并不在这个椭圆中心上，而是在椭圆的 两个焦点中的一个焦点上。因此，在一年里，地球和太阳的距离不是固定不 变的，而是有规律地变化着。每年大致在 1 月 3 日，地球最接近太阳，此时 的位置称近日点；大致 7 月 4 日，地球最远离太阳，此时位置称远日点。根 据开普勒定律，在单位时间内，地球与太阳的连线在地球轨道面上扫过的面 积相等。所以，地球公转速度在近日点最大，角速度为 1°1＇ 11＂/日，线 速度约 30. 3 公里/秒；公转速度在远日点最小，角速度为 57＇ 11＂/日， 线速度约 29.3 公里/秒。在近日点，地球距太阳 147000000 公里（也叫近日 距离）；在远日点，地球距太阳 152000000 公里（也叫远日距离）。椭圆的 偏心率很小，为 0.0167，或 1/60。地球和太阳的平均距离为 149500000 公 里。天文学上把这个平均距离叫作一个“天文单位”，并把它作为一个在太 阳系中量距离的“尺子”。地球公转的方向和地球自转方向相同，即都自西 向东。地球公转的轨道总长为 939120000 公里，几乎是地球赤道周长的 23000 倍！地球在一年中（按 365 日 6 小时计）要把它的轨道总长 939120000 公里 的路程跑完，1 小时大约就得运行 107000 公里。这个速度有多大？它每小时 的行程，就等于地球赤道长的 2.6 倍，相当于现代时速最快的喷气式飞机速 度（3331.507 公里/时）的 30 多倍，比我国第一条高速铁路（广深高速铁路） 的火车时速（以 140 公里/时计），还要快 764 倍！
（3）地球为什么不会越轨乱跑
　　地球之所以会“很听话”地沿着自己的地球轨道运行，而不致四处游荡， 主要是两种因素同时起着作用：其一是地球公转具有很高的速度，其二是太 阳紧紧对它的吸引力，二者缺一不可。地球环绕太阳旋转公转速度每秒约 30 公里；太阳的吸引力大小同日、地质量的乘积成正比，同日地间的距离平方 成反比。如果没有地球在其公转轨道上的高速运动，只要稍停一会儿，它将 很快被太阳吸引过去，掉进那太阳的火球里去，但地球若没有太阳对它的引 力，地球也将会高速地飞出太阳系之外（因为地球的公转速度已超过飞出地 球所具的第三宇宙速度 16. 7 公里/秒）。地球之所以没有走以上两种其中之 一的歧路，而是因为以上两种“相克”的自然力同时作用于地球，使地球能 平安无事地运行：地球直线速度（以每秒 30 公里运行）促使地球向前运动， 太阳引力又使地球以每秒 1/3 厘米的速度向太阳方向降落，致使地球运动轨 迹能保持一种椭圆轨道。也就是说，地球的绕日运动，既是向前作直线运动 的过程，又是向太阳降落的过程，这两种运动过程合起来，就形成了地球按 两种运动合力方向环绕太阳转动的环绕运动。而不会随便脱离地球轨道乱 跑。
（4）地球公转带来的影响
　　地球公转，产生了“四季”。 地球绕太阳公转的时候，是侧着身子前进的。也就是说，地轴对公转轨 道平面（又叫黄道平面）有一个倾角，倾角的大小为 66°34′并且这个角度 始终不变，地轴的北端始终指着北极星方向。使太阳直射点在南北纬度 23° 26′分之间作周期性的变动，引起了太阳高度角和昼夜长短出现了季节性变 化，从而形成了春夏秋冬四季的更替。一般来说，夏季就是一年内白昼最长、 太阳高度角最大的季节；冬季为一年中白昼最短、太阳高度角最小的季节； 春、秋季为从冬到夏，从夏到冬的过渡季节。由于地球总是不停地公转，故 四季交替也永远不停。所不同的只是南北温带地区的四季正好相反。至于赤 道和两极地区的四季划分，几乎没有什么意义。 上面说的“四季更替”，指的是天文现象。各国由于地理位置差异，具 体四季划法尚有一些区别。就我国来说：我国古代的天文四季划法是：以立 春（2 月 4 日）、立夏（5 月 6 日）、立秋（8 月 8 日）、立冬（11 月 8 日） 作为四季的起点。但民间习惯上则以农历一、二、三月为春季；四、五、六 月为夏季；七、八、九月为秋季；十、十一、十二月为冬季。春节、中秋节 即由此而来。气象学上，通常却以阳历 3 月～5 月为春季（共 92 天），6 月～ 8 月为夏季（共 92 天），9 月～11 月为秋季（共 91 天），12 月～次年 2 月 为冬季（共 90 天）。气象学上的四季比天文学上的四季，分别推迟了 25 天。 气候学上又习惯以各地候（五天为一候）平均气温作为四季的标准。候平均 气温达到 22℃以上时为夏季，不足 10℃为冬季，10～21.9℃为春、秋季。根 据气候上的标准，赤道地区是全年夏季，南北极地区是全年冬季。我国台湾 南部、海南岛南部、南海诸岛，均为长夏无冬之地。国际天文学上，尚有以 “二分”（春分、秋分）、“二至”（夏至、冬至）作为四季开始之例。
　　地球公转，产生了“五带”。 由于地轴与地球轨道平面有一个大小始终不变的 66°34′夹角，并且地 轴在地球公转时，地轴方向又不再变。故地球表面接受太阳直射光的范围和 出现极昼、极夜现象的范围有了特定的地区。 地球上有无太阳光直射的纬度界线，人们称其为南北回归线。此界线为 热带与温带的分界线。地球上有无极昼、极夜的纬度界线，人们称其为南、 北极圈。 此界线为温带与寒带的分界线。由于南北半球各有一条回归线和极圈， 这样地球表面就被划为北寒带、北温带、南寒带、南温带和南北回归线之间 的热带共五个带，合称地球五带。它们完全是按天文因素划分出的，有着客 观的存在性，也可说是天文地带。由于划带时考虑了太阳的光照多少，故名 称上又有“寒”、“温”、“热”这些气候特征显示。为气候学上更细划分 气候带的一个基础。而为人们所重视。

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