首页 > 冷门知识 > 关键词:冷门知识  日期:2022-06-10 19:29:19

有关地球公转的3个假设

对于日常生活中的一些现象,我们可能已经司空见惯,但就是这些习以为常的东西,如果想解释它们,有时候并不是那么容易,甚至可能比那些奇特的现象还要难解释得多。例如,我们通常使用十进制来进行计数,而如果要求我们使用七进制或十二进制,总觉得非常别扭,同时也感觉到,十进制真是太简单了;再比如,当我们在学习非欧几里得几何学时,这才感觉以前学过的欧几里得几何学真是又简单又实用。在天文学上,我们也经常进行一些假设,这样可以帮助我们更好地学习地心引力在日常生活中的运用。

下面,我们来看几个假设,以便更好地解释地球绕日运行。

大家一定知道,地球在绕日运行的时候,轨道平面跟地轴有一个夹角,这个夹角大概是

个直角,也就是66.5°。现在,我们不妨假设这个角度是直角,也就是90°;换句话说,假设地球运行轨道所在的平面与地轴垂直,那么,这个世界会变成什么样子呢?

(1)假设地球公转轨道所在的平面与地轴垂直

说到这里,我们不得不提一下凡尔纳的幻想小说《底朝天》,在这里面,炮兵俱乐部的会员也曾经提出过这样的假设。炮兵军官想“把地轴竖起来”,也就是使地轴垂直于地球公转所在的平面。如果这个假设可以实现,那么,自然界会有怎样的变化呢?

第一个变化体现在小熊座α星(也就是我们经常提到的北极星)上,它将不再是我们认为的“北极星”。这是因为,当这个夹角由66.5°变成直角后,星空旋转时的中点就会发生变化,也就是说,小熊座α星将远离地轴的延长线。

第二个变化体现在四季上,或者说得更准确些,现在变化明显的四季更替将不复存在。说到这里,我们需要先来看一下为什么会发生四季更替。就从一个最简单的问题说起吧:夏天为什么会比冬天热呢?

在我们生活的北半球,夏天比冬天热,主要有两个原因:首先,地轴与地球公转轨道所在的平面有一个夹角,这样就会导致夏天的时候,地轴北端距离太阳更近,白天比黑夜更长,所以太阳照射到地面上的时间较长,而且由于黑夜较短,散热的时间也就短,这就使得地面吸收的热量多于散掉的热量。其次,还是因为有了这个夹角,使得白天的时候,地面跟太阳光所形成的角度大一些;换句话说,夏天的地面被太阳光照射的时间很长,照射的程度也大,而到了冬天,不仅照射的时间短,黑夜比白天长,散热的时间也更长。

同样的道理,在南半球,情况也是一样,不过,与北半球相比,时间上正好差了6个月。在春秋两季,南北半球的气候差不多,这是因为此时太阳与南北极的相对位置一样,地球的晨昏线几乎跟经线重合,所以白天和黑夜几乎一样长。

回到前面的假设,如果地轴与地球公转轨道平面垂直,那么,四季更替将不复存在。这是因为此时地球跟太阳的相对位置不再发生变化,也就是说,地球上的每一个地方,季节都将不再发生变化,总是停留在一个季节,即春季或者秋季;而且,每个地方的昼夜都是一样长,就跟现在的3月下旬或者9月下旬一样。木星就是这样的情况(它的轴与绕日运转的轨道平面垂直)。

跟热带相比,温带上的变化更明显一些,而到了两极,气候将跟现在的情况截然不同。由于大气对光具有折射作用,所以,对于两极上的天体来说,它们的位置将比现在高一些,如图所示。这样,太阳就会一直在地平线上浮动,不再像现在这样东升西落,于是在南北两极将永远是白昼,准确点儿说,将永远处于早晨。虽然太阳一直在很低的位置,斜射带来的热量并不多,但由于它不间断地照射,所以,原本严寒的极地地区将温暖如春,也许,这是地轴垂直于地球公转轨道平面给我们带来的唯一好处。但对于地球其他地区而言,将造成难以估计的损失。

图地球大气折射图。从太阳S2射来的光线,穿过地球上的每一层大气层时,都会因为受到折射而发生偏移,从而使观察者觉得光线是从S′2射出来的。虽然S1处太阳已经落山,但因为大气的折射作用,观察者还能看见它。

(2)假设地球公转所在的平面跟地轴成45°角

在这个假设中,地轴跟地球公转平面的夹角不再是直角,而是

个直角,也就是45°。这样,春分和秋分仍然昼夜相等,跟现在没什么差别。但是,到了6月,由于太阳处于纬度45°的天顶,而不是23.5°,所以,在地球纬度45°上将会出现热带气候。由于圣彼得堡所在的纬度是60°,也就是说,太阳距离天顶是15°,在这样的太阳高度下,纬度60°地区的气候将变成现在的热带气候。此外,现在的温带将会消失,热带和寒带直接连在了一起。在整个6月,莫斯科和哈尔科夫将会一直是白昼。到了冬季,情况又会反过来,在整个12月,莫斯科、基辅、哈尔科夫以及波尔塔瓦等城市,将会一直处于黑夜。冬季的时候,现在的热带地区将出现温带气候,因为中午的时候,太阳高度处于45°以下。

所以,除了前面提到的极地地区会有一点儿好处之外,在这个假设下,热带和温带将发生很大的变化,给整个地球带来非常大的损失:冬天将变得比现在更加寒冷,在两极,将一直是温暖的夏季,中午的时候,太阳高度在45°,这样的情况将持续整整半年的时间。在温暖的阳光照射下,南北极的冰雪将不复存在。

(3)假设地轴位于地球公转运行轨道的平面

可以说,这个假设更加疯狂,如图所示,这时的地轴位于公转运行轨道的平面上,也就是说,地球“躺着”围绕太阳旋转,而且它还围绕地轴自转,这样,又会产生什么后果呢?

在这个假设下,极地附近的地区将会出现长达半年的白昼和长达半年的黑夜。在半年白昼期间,太阳会沿着一条螺旋线慢慢从地平线升到天顶的位置,然后,又沿着螺旋线慢慢降落到地平线以下。昼夜交替的时候,将出现不间断的微明,这是因为,在太阳没有完全落入地平线之前,会连续几天在地平线处起伏,而且还会围绕天空旋转。到了夏季,冰雪会以非常快的速度融化。在中纬度地区,白昼将从春季开始慢慢变长,直到出现连续不断的白昼。

图假设地轴位于公转运行轨道的平面上,地球将躺着”围绕太阳转。

刚才提到的情况跟天王星有点儿相似,因为天王星的自转轴跟公转轨道平面的夹角只有8°,所以,它基本上就是“躺着”围绕太阳公转的。

刚才我们一共进行了3个假设,并对每种假设进行了分析,相信读者朋友已经对地轴的倾斜度跟气候的关系有了一个比较清晰的认识。在希腊文中,古代的“气候”一词就是“倾斜”的意思,可见,这不是偶然的。

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