《睜大小眼看地球》系列第3篇：地球的公轉和自轉
毛澤東有一句著名的詩：「坐地日行八萬里，巡天遙看一千河。」什麼意思呢？意思就是說，我們在地球上，即使一動不動，也在不知不覺中行進了八萬里路，也能巡看宇宙中很多很多的星河。
其實，這裡面說到的就是地球自轉和公轉的問題。每當清晨，火紅的太陽從東方升起，到了傍晚就在西方落下。這樣一個簡單的現象竟然讓世人疑惑了很久很久。古人一直以為日月星辰在圍繞著地球旋轉，地球則是處於宇宙的中心保持靜止不動。但是，後來有人提出質疑，認為天空比大地大的太多，如果無限大的天穹在旋轉而地球不動，實在是不可想像的一件事。經過人們的不斷探索，特別是經過哥白尼、布魯諾、開普勒、伽利略和牛頓等眾多科學家的努力，才終於搞清楚事情的真相，那就是地球在不停地繞著太陽轉動，同時自身還在旋轉。
傅科擺的秘密
1851年，在法國首都巴黎的一座很高的大廈里，著名物理學家傅科進行了一項十分有趣的實驗。他在大廳的屋頂上懸掛一根鋼索，長達67米，鋼索下方固定一個重28千克的重鎚，製成了一個鐘擺的模型，擺錘的下方是一個巨大的沙盤。經過特殊設計之後，推動擺錘讓其自由擺動，其下方的指針就會在沙盤上留下移動的痕迹。按照很多人的想法，如果我們不再施加外力，這個巨大的鐘擺就會始終在一條直線上來回擺動。但是人們驚奇的發現，事實並非如此，鐘擺的擺動方向竟然是在不斷變化的！如果把它的擺動方向看作是一個平面的話，經過一段時間的觀察，人們發現擺動平面偏離了原來畫的參考線，而且這個平面在慢慢地沿著順時針方向轉動。根據慣性原理，人們終於明白了，其實我們腳下的地球真的是在轉動呢！正是由於擺錘下面的沙盤隨著地球旋轉，而擺錘保持原來的擺動方向，才產生了這種奇怪的現象。
晝夜的更替
正是因為地球的自轉，我們才有了白天和黑夜。一天二十四小時，正是地球自轉一周的時間，由於地球是一個不透明的球體，不論在任何時候，太陽總是只能照射到地球的一半，面對太陽的一面是白天，背對太陽的一面就是夜晚。讓我們一起來做個小小的實驗：拿著一把手電筒平行照射一個地球儀，你就會發現地球儀的一面亮一面暗，當你旋轉地球儀的時候，本來是在亮光下的一部分地方會逐漸變暗，而另外一些地方則會逐漸出現在亮光之下。
道理就是這麼簡單。但是，有一個細節問題值得思考：在地球上正對太陽和背對太陽交界的地方，我們看到的太陽是什麼樣的呢？很顯然，一邊看到的是即將升起的旭日，一邊則是緩緩落下的夕陽。既然如此，這兩地的時間是一樣的么？要回答這個問題，得讓我們一起來好好研究一下地球儀。
經度和緯度的劃分
為了能夠在地球上準確地判斷某地的位置以及計算兩地的距離，人們想出了一個主意：用網格線將地球剖分，並在地球儀上形象直觀地表示出來。
首先，把地球分為兩個半球：以赤道為界，把地球分為南北兩半球，赤道北邊的叫北半球，赤道南邊的叫南半球。赤道就是地球上最長的一條緯線，即0°緯線，在地球儀上與赤道平行的都是緯線，由0°緯線向北、向南各分為90°，最大值為90°，也就是南極點和北極點。
然後，在地球儀上，將連接南北兩極並同緯線垂直相交的線叫做經線。國際上規定，把通過英國格林尼治天文台舊址(子午宮)的那條經線定為0°經線，也叫本初子午線。由本初子午線向東、向西各分為180°，東經度向東逐漸增大，西經度向西逐漸增大，共360°。
在地球儀上，由經線和緯線組成了經緯網，如果把經緯網地球儀展開，就形成了一幅平面的地圖。如果要尋找某地的位置，只要知道它的經度和緯度就可以了，比如某人報告說他正處在北緯39.9°、東經116.3°，只要一拿出地球儀或地圖來，就能知道原來他是在北京。
時差的存在
明白了經緯度的劃分，也就可以回答上面的問題了。一天之中，當太陽經過某地天空的最高點時為此地的正午12點，但是，與之相對的地球的另一面，同一條經線圈上的地方卻是午夜，正好相差12個小時，而它們相差了180°經度，也就是說，地球表面每隔15°經線，時間就相差1小時，於是人們就根據這樣一個現象劃定了全球的時區，地球的全部經度是360°，正好分為24個時區。
所以，說到這裡，你也許就該明白了，為什麼每晚的新聞聯播節目開始的時候，播音員總是說：「現在是北京時間19點整」。這正是因為世界各地的地方時間不同，北京比東京的地方時晚1個小時，比巴黎早7個小時，比倫敦早8個小時，比紐約早13個小時。當北京時間晚上7點整的時候，那日本東京已經是晚上8點整了，法國巴黎是正午12點，英國倫敦是上午11點，而美國紐約則更晚，現在還是早上6點鐘呢！
因為有時差的存在，所以當我們在乘坐飛機到國外旅行時，常常會感到眩暈，這是時差的變化引起了我們人體內生物鐘的混亂，需要一段時間才能恢復過來。
四季的變化
隨著地球的轉動，還產生了一個現象：在炎熱的夏天，天亮得早，也黑得晚，即天長夜短，可是到了寒冷的冬天，恰恰相反。這是為什麼呢？仔細觀察一下地球儀，你會發現它是側歪著身子的，穿過地球南北極的地軸傾斜了一定的角度，可別小看了這個角度，由於地軸的傾斜，才使得它在繞著太陽公轉的時候，太陽永遠只能直射到南緯23°27′和北緯23°27′之間的地方，並在此範圍內來回做周期性移動，地球公轉一圈，正好是一年，也就形成了春夏秋冬的四季變化。
舉個極端的例子，每年的12月22日或23日，太陽直射南緯23°27′即南回歸線，此時的北極圈以內完全看不到太陽光，一天24小時都是黑夜，可南極圈內卻24小時都可以看到太陽，完全沒有黑夜，是不是很奇特的現象呢？
傾斜的地球繞著太陽公轉還有一個十分重要的作用，它使地球上分化出了不同的氣候特徵，簡單來說，就是五個氣候帶，即熱帶、北溫帶、南溫帶、北寒帶、南寒帶。如果沒有這些分化，我們的地球就完全是另外一種樣子，植被稀少，物種貧乏，十分單調。
日食和月食
當烈日炎炎的時候，突然太陽變得殘缺、甚至完全消失了，這是怎麼回事呢？古人不理解這種緣由，常誤以為是災難即將來臨。當明月當空的時候，月亮也會慢慢變得殘缺，古代的中國人都認為是天狗吞食了月亮，就敲鑼打鼓來趕走天狗。
其實，這是常見的兩種天文現象：日食和月食。
日食，又稱作日蝕，是由於月球運行至太陽與地球之間，遮住太陽光而形成的，在地球上的人看起來，好像是太陽的一部分或全部消失不見了。日食只發生在農曆正月初一，這是因為只有在這一天，月亮才會出現在太陽與地球之間的連線上，才有可能形成日食。日食分為日偏食、日全食、日環食三種，全世界每年最多可發生5次日食，最少2次。但對於某一地點而言，平均每三年左右就可以看到一次日偏食，三百多年才能看到一次日全食。
當太陽、地球和月球在同一直線上，月球進入至地球的陰影部分時，太陽光被地球所遮閉，所以就看到月球缺了一塊，這即是月食，此時的太陽、地球、月球恰好 (或幾乎) 在同一條直線上。月食主要有月全食和月偏食兩種，只發生在農曆十五前後。
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