在人類還沒有正确認識地球前,我們一直以為地球是靜止不動的,甚至錯誤地認為地球才是宇宙中各個行星運行的焦點。直到日心說的出現,人類才逐漸認識到原來地球是圍繞太陽運動的。地球是太陽系中的一顆行星,以自轉和公轉的形式處于不斷地運動之中。
日常生活中,很多人也都忽略了地球每天都處于高速運轉中的這一常态,即地球每天都以460米/秒的速度自轉,同時以30千米/秒的速度圍繞太陽進行公轉。也正因為如此,我們才能感受到日複一日的晝夜更替和年複一年的四季更疊。
地球以地軸為中心旋轉,可以看作是自己圍繞自己轉,所以稱為自轉。地球自西向東自轉一圈(一周)大約是一天的時間。同時,地球還圍繞着太陽自西向東旋轉,地球圍繞太陽的運動則被稱為公轉,公轉周期則是一年。
地球在同一時間進行自轉與公轉時,被太陽光線照射到的一面呈現白天現象,相對應的,沒有被光照到的另一面則是黑夜。而由于地球不停地運動,晝夜也就不停地更換,這便是我們生活中經曆的現象——晝夜更替。
地球公轉的時候,地軸與公轉軌道的平面呈一個66.5度的夾角,地球始終斜着保持這個角度圍繞太陽運動。太陽直射點在一年内向南北往返移動,也就形成了夏至、冬至、春分、秋分的現象。這也就是我們常說的四季更疊。
為什麼我們感受不到?太陽系的八大行星都在高速運轉,身在地球上的我們,明明能感覺到時間的流逝和氣候的變化,但卻為何感覺不到地球的運動呢?
從物理學的慣性原理來看,運動的物體都有慣性,都力圖保持原來的運動方向和速度。人與地球自轉是同步的,這就好比你坐車出行時與車同步一樣,當行駛的列車保持勻速時,坐在車上的你是感受不到它的運動的,但在突然加速或者減速行駛時,車裡的你馬上就會感覺到車的運動。
從地球的萬有引力來看,地球在自轉時,人也會因為引力被地球牢牢貼緊。地球差不多24小時(1440分鐘)自轉一周,按照一圈360度來算,将近4分鐘才轉1度,這樣的速度再加上引力,人幾乎感覺不出來。
再從遙遠的銀河系來說,地球隻不過是其中的一個微小個體,附近沒有參照物對比,也就無法感知到地球自身的運動。我們探索地球外的星體時,隻能觀測到零星的小行星,是因為它們離我們實在太遠了,沒法作為參照物觀察地球的運動。
而我們本身作為地球上的一員,同樣過于渺小,幾乎與地球融為一體,地球運動時相當于人也在動,同樣無參照物來感知。也就是說,人類想要感受到地球的運動,需要自身與其他物體的位置移動來感知,地球轉動的時候我們周圍的物體如山川、河流、樹木,與我們有着同樣的運行速度,即運行角速度,所以我們無法感知到地球的自轉與公轉。
盡管人們很難感受到地球的運動,但地球自轉速度卻并不是勻速的。現在的研究已經表明,地球自轉速度有長期變化、季節變化和不規則變化三種。在對珊瑚化石和貝殼化石上的“日輪”研究後表明,早在6500萬年前,地球自轉的速度就開始變慢了。
随着研究的深入,人們發現地球的自轉速度在春天慢20—30毫秒,秋天又會快20—25毫秒。在發現自轉速度周期變化的同時,科學家也發現了地球自轉速度時快時慢的不規則變化,不過對地球自轉速度變化的機理,有多種假說,還沒有确切的定論。
目前,地球自轉速度的這些變化幅度很小,我們很難察覺,但對地球多方面的影響卻是很大的。按照地球運動的規律來說,地球如果有一天停止自轉、公轉等運動,或者突然加速、減速,那所有地球上的物體都将會因為慣性而碰撞、甚至粉碎在一起,損傷将是不可估量的。另一項研究顯示,氣候變化對地球運動的影響也是多方面的,尤其是海洋變暖對地軸傾斜角度的影響遠比人們過去預想的要嚴重,因此在研究地球運動時也要将此因素考慮在内。
同時,地球質量分布情況也并非一成不變,導緻地軸的傾斜角度也不會永遠固定不變,而是随着質量分布的變化進行相應的調整。
美國宇航局噴氣推進實驗室的菲利克斯·蘭德爾曾研究發現,冰川融化後形成的大量水資源也會增加地軸角度的傾斜度。也就是說因溫室氣體排放而引起的海水變暖,會造成地球傾斜。
德國的科學研究人員的邁克·托馬斯對此也表示該發現讓人震驚。此次發現對人們也有警醒作用,過去人們從沒有考慮到海平面的上升還會造成地球質量的變化,從而改變地球的運動。
然而近年來氣候的變化愈加極端,這種變化不僅會影響地球的自轉角度,也會影響地球的自轉速度。也就是菲利克斯·蘭德爾和同事此前的研究,全球變暖使地球向高緯度傾斜,地軸附近的重量增加,加速了地軸自轉速度。
人們對于地球運動的不斷探索與了解,有助于我們在生産生活中盡量減少甚至規避影響地球運動的活動。地球運動的特點決定了地球上主要自然要素的運動規律,以及許多自然現象的分布規律,對人類的活動更是具有巨大而深刻的影響。
比如,我國在太空領域方面的工作與地球的運動也是息息相關,我國海南文昌衛星發射中心的選址就與此有關。從地球自轉角度來說,赤道附近的自轉線速度最大,衛星飛出地球時可以獲得更大的初速度,再加上地球是自西向東運行,發射衛星時向東發射,這也是海南文昌衛星發射中心的優勢。
從地球46億年的曆史經曆中,我們知道,萬事萬物都不可能是一成不變的,尤其地球在每一時期的大震動都導緻了衆多生物的滅亡或是被迫進化,而地球的變化也與宇宙分不開,因此人們才會不遺餘力地探索宇宙和研究地球的運行規律。科學家們也一直在尋找答案以便我們更好地與地球和諧相處,以及應對地球在軌道運行中的諸多變化。
參考資料:
[1]陳啟洪.關于“地球的運動”的疑難簡釋[J].地理教學,2012(16):45-46.
[2]劉海英. 海洋變暖會改變地球傾斜角度[N]. 科技日報,2009-08-24(002).
作者:風風 初審:丁孩兒 校稿編輯:未央
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