在人类对地球有正确认识之前,我们一直以为地球是静止的,甚至误以为地球是宇宙中所有行星的焦点。直到日心说的出现,人类才逐渐意识到地球是绕着太阳转的。它是地球太阳系中的一颗行星,以自转和公转的形式处于不断的运动中。
在日常生活中,很多人也忽略了地球每天高速运转的常态,即地球每天以460m/s的速度自转,以30km/s的速度绕太阳公转,正因为如此,我们才能日复一日的感受到昼夜的变化,年复一年的感受到季节的变化。
地球的自转和公转
绕地轴的自转可视为自转,故称自转。地球自西向东自转一周(一周)大约需要一天。同时,地球仍自西向东绕太阳旋转,地球绕太阳的运动称为公转,公转周期为一年。
当地球自转并同时公转时,被太阳光照射的一面出现白天,相应地,未被照射的另一面是黑暗的。随着地球的不断运转,白天和黑夜也在不断变化。这就是我们在生活中经历的现象——昼夜更替。
地球公转时,地轴与轨道平面形成66.5度角,地球始终保持这个角度斜着绕太阳转。阳光直射点在一年内由北向南来回移动,形成夏至、冬至、春分、秋分现象。这就是我们常说的四季更替。
为什么我们感觉不到?
太阳系的八大行星都在高速运转。我们在地球上可以清晰的感受到时间的流逝和气候的变化,但是为什么我们感受不到地球的运动呢?
从物理学中的惯性原理来看,所有运动的物体都有惯性,试图保持原来的方向和速度。人的自转与地球自转是同步的,这就好比你开车出行时与汽车同步一样。当行驶中的列车保持匀速行驶时,你坐在车里感受不到它的运动,但当你突然加速或减速时,你会立刻感受到车的运动。
从地球引力来看,地球自转时,人会被引力牢牢地吸附在地球上。地球几乎24小时(1440分钟)自转一周。按照360度一圈算,近4分钟才转1度。这个速度,再加上重力,人几乎感觉不到。
从遥远的星系来看,地球只是一个微小的个体。附近没有参照物,我们无法感知地球本身的运动。我们在探索地球以外的恒星时,只能观测到零星的小行星,因为它们离我们太远,无法观测到地球的运动作为参照物。
作为地球的一员,我们也太小了,几乎与地球融为一体。地球运动,就相当于人在运动,没有参照物去感知。也就是说,人类要想感受到地球的运动,就需要感受到自己的位置与其他物体的运动。当地球自转时,我们周围的物体,如山川、河流、树木等,都有和我们一样的运行速度,即运行角速度,所以我们感受不到地球的自转和公转。
虽然人们很难感受到地球的运动,但地球的自转速度并不均匀。目前的研究表明,地球的自转速度有三种:长期变化、季节变化和无规律变化。“太阳轮”对珊瑚化石和贝壳化石的研究表明,早在6500万年前,地球的自转速度就开始变慢。
随着研究的深入,发现地球自转速度在春季慢20-30ms,秋季快20-25ms。科学家在发现自转速度周期性变化的同时,也发现了地球自转速度的无规律变化,但是关于地球自转速度变化的机制有很多假说,目前还没有确定的结论。
目前地球自转速度的这些变化很小,我们很难察觉,但是对地球的很多方面影响很大。根据地球运动规律,如果地球停止自转和公转,或者突然加速和减速,地球上的所有物体都会因为惯性而相撞甚至撞在一起,造成的损失不可估量。另一项研究表明,气候变化对地球运动的影响也是多方面的,尤其是海洋变暖对地轴倾角的影响远比过去人们预期的严重。所以在研究地球运动的时候也要考虑这个因素。
同时,地球的质量分布也不是一成不变的,这就导致地轴的倾斜角度不会永远不变,而是会随着质量分布的变化而相应调整。
美国宇航局喷气推进实验室的费利克斯·兰德尔(Felix Randall)曾经发现,冰川融化形成的大量水资源也会增加地轴的倾斜度。也就是说,温室气体排放导致的海水变暖会导致地球倾斜。
德国的科研人员迈克·托马斯(Mike Tho***s)也表示这一发现令人震惊。这一发现也给人们敲响了警钟。过去,人们从未考虑到海平面上升也会引起地球质量的变化,从而改变地球的运动。
但近年来,气候变化越来越极端,不仅会影响地球的自转角度,也会影响地球的自转速度。即Felix Randall及其同事之前的研究表明,全球变暖使地球向高纬度倾斜,增加了地轴附近的重量,加快了地轴的旋转速度。
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人们对地球运动的不断探索和认识,有助于我们在生产生活中尽量减少甚至避免影响地球运动的活动。地球运动的特点决定了地球上主要自然要素的运动规律,以及许多自然现象的分布规律,对人类活动产生了重大而深远的影响。
比如中国在Tai 空领域的工作就与地球的运动密切相关,中国海南文昌卫星发射中心的选址就与此有关。从地球自转的角度来看,赤道附近的自转线速度最大,卫星飞出地球可以获得较大的初速度。另外,地球从西向东运行,发射卫星时向东发射,这也是海南文昌卫星发射中心的优势。
从地球46亿年的历史经验中,我们知道万物不可能一成不变,尤其是每个时期的地球大地震都导致了许多生物的灭绝或被迫进化,地球的变化与宇宙密不可分,所以人们会不遗余力地探索宇宙,研究地球运行的规律。科学家们也一直在寻找答案,以便我们能够更好地与地球和谐相处,应对地球轨道的许多变化。
参考资料:
[1]陈·。《地球的运动》难点简述[J]。地理教学,2012(16):45-46。
[2]刘海英。海洋变暖会改变地球的倾斜角度[N]。科技日报,2009-08-24(002)。
作者:风风 初审:丁孩儿 校稿编辑:未央
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