地球的自轉(zhuǎn)
從“地平”到“地圓”，人類經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程，從“地靜”到“地動(dòng)”同樣經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間的爭(zhēng)論，而且比“地圓”的認(rèn)識(shí)晚得多。那么“地動(dòng)”繞什么而動(dòng)也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程。
現(xiàn)在我們都知道地球在動(dòng)，而且知道怎樣動(dòng)。連幼兒園的小朋友都經(jīng)常背誦兒歌，“地球大，月球小，月球繞著地球跑；太陽(yáng)大，地球小，地球繞著太陽(yáng)跑。”可見，地球的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)婦孺皆知。
這里要知道一個(gè)偉大的人物，他具有劃時(shí)代的意義，他就是波蘭天文學(xué)家——哥白尼。哥白尼從小聰明過(guò)人，特別喜歡天文和數(shù)學(xué)，后來(lái)被送到大學(xué)學(xué)習(xí)神學(xué)、法律等。當(dāng)時(shí)的歐洲宗教神學(xué)具有絕對(duì)的統(tǒng)治地位，神學(xué)可算得上最熱門的專業(yè)了?？陕斆鞯母绨啄釋W(xué)著學(xué)著，感覺神學(xué)是虛假的，是騙人的，是統(tǒng)治者統(tǒng)治、愚弄臣民的工具。哥白尼根據(jù)自己的天文觀察和高超的數(shù)學(xué)才能，算出了大量行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道、速度、周期等，創(chuàng)立了“日心說(shuō)”，寫出了《天體運(yùn)行論》。哥白尼最根本的一點(diǎn)是看穿了宇宙根本沒有神和上帝的位置，揭穿了“地球是宇宙的中心，上帝創(chuàng)造了世界”的謊言。哥白尼的這個(gè)觀點(diǎn)改變了舊的宇宙觀，對(duì)封建神學(xué)和宗教以沉重的打擊。于是統(tǒng)治者將哥白尼的“日心說(shuō)”視為異端邪說(shuō)，《天體運(yùn)行論》被列為禁書。但是后人給予哥白尼高度的評(píng)價(jià)：哥白尼改變了舊的宇宙觀，在科學(xué)發(fā)展史上有劃時(shí)代的意義，從此，自然科學(xué)便從宗教神學(xué)中解放出來(lái)。
邪說(shuō)硬說(shuō)真理是邪說(shuō)，在那個(gè)黑白顛倒的世界，無(wú)數(shù)具有頭腦的前衛(wèi)思想家為了推廣和發(fā)展哥白尼的“日心說(shuō)”前赴后繼，不惜流血犧牲。意大利思想家布魯諾就是其中之一。布魯諾有句名言：為真理而斗爭(zhēng)是人生最大的樂趣。布魯諾為他的這個(gè)最大的樂趣于1592年入獄，入獄八年仍然堅(jiān)持真理于1600年被羅馬教廷燒死在羅馬的鮮花廣場(chǎng)。后人為紀(jì)念這位不屈的斗士于1889年在布魯諾燒死的地方樹立了一座布魯諾的銅像供世人瞻仰。
所以我們今天來(lái)學(xué)習(xí)地球的運(yùn)動(dòng)，這里面飽含了無(wú)數(shù)為真理而斗爭(zhēng)先輩們多少智慧和勇氣，甚至畢生的精力和寶貴的生命。
一、地球的自轉(zhuǎn)：
1、定義：地球繞地軸旋轉(zhuǎn)就是自轉(zhuǎn)。
2、方向：自西向東。當(dāng)?shù)厍蜃晕飨驏|自轉(zhuǎn)時(shí)，我們的觀察點(diǎn)如果在北極上空附近，可以看到地球在作逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)，如果觀察點(diǎn)在南極上空附近，則地球作順時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)。不管是逆時(shí)針還是順時(shí)針都表示地球在作自西向東的自轉(zhuǎn)。
3、周期：約24小時(shí)（也就是一天）。
地球在自轉(zhuǎn)，對(duì)于我們身處地球上的人來(lái)說(shuō)不容易感覺得到。有句詩(shī)是這樣說(shuō)的：“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中?！钡厍蛉艘彩侨绱耍碓诘厍蛏?，不知道地球本身的旋轉(zhuǎn)規(guī)律。法國(guó)物理學(xué)家傅科在1851年的一天，在法國(guó)巴黎萬(wàn)神廟的圓頂上將他親手制作的傅科擺吊上去進(jìn)行擺球?qū)嶒?yàn)。傅科用一根長(zhǎng)60多米，重27千克、直徑約30厘米的大鐵球制成一個(gè)“超級(jí)擺”，后人稱之為“傅科擺”。在傅科擺的下面畫上刻度，讓擺擺動(dòng)起來(lái)。隨著時(shí)間的推移，大約每小時(shí)傅科擺的擺面要沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)10度。傅科讓人們親眼見到了地球在自西向東旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)然我們也可以做一個(gè)傅科擺，可以用釣魚的魚線吊上一個(gè)鐵球，在擺下面的地面上畫上刻度。魚線的長(zhǎng)度一般要在10米以上，鐵球要有一千克左右。一般的，線越長(zhǎng)、球越重效果越好。還有一個(gè)更為簡(jiǎn)單的辦法來(lái)測(cè)量地球自轉(zhuǎn)。先用一只臉盆裝滿水，放在水平且不易振動(dòng)，且無(wú)風(fēng)的地方，待水靜止后，輕輕放下一根木質(zhì)細(xì)牙簽，并在牙簽的一端做一個(gè)記號(hào)，記住牙簽的位置，過(guò)幾個(gè)小時(shí)后（最好在10個(gè)小時(shí)以上），再去看時(shí)你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，牙簽已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度，看起來(lái)好像是牙簽在轉(zhuǎn)動(dòng)，其實(shí)它并沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，而是地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。在北半球，牙簽作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)在北半球看起來(lái)是逆時(shí)針方向的。南半球則與北半球相反。
4、意義：
地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了晝夜交替現(xiàn)象。由于地球不透明，朝向太陽(yáng)的一面為白天，背向太陽(yáng)的一面為夜晚。地球自轉(zhuǎn)，使白天和夜晚交替出現(xiàn)。
晝夜交替使地球白天溫度呈上升趨勢(shì)，夜晚溫度呈下降趨勢(shì)。如果某一面一直朝向太陽(yáng)那肯定熱得受不了，同樣如果某一面一直背向太陽(yáng)，那肯定冷得不得了。晝夜交替使我們處在一個(gè)平均氣溫適宜，溫度變化幅度不大的氣候環(huán)境里。
晝夜交替產(chǎn)生了時(shí)差。因?yàn)樘?yáng)總是從東邊升起，從西邊落下。也就是說(shuō)，東邊相對(duì)來(lái)說(shuō)要早日出，早日落，時(shí)間更早。而西邊更晚日出，晚日落，時(shí)間更晚。這就是時(shí)差，即平常所說(shuō)的東早西晚。由于地球自轉(zhuǎn)一周大約為24小時(shí)，所以地球上經(jīng)度相差15度的地方，時(shí)間就相差1小時(shí)，即東邊比西邊早一小時(shí)。
由于東早西晚，所以往東邊去就會(huì)越來(lái)越早，往西邊去就越來(lái)越晚。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣一件有趣的事情。哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸以后，歐洲人向北美洲大批移民。他們逐步向西擴(kuò)展，一直到達(dá)太平洋沿岸。這里面有大量的英國(guó)人。十八世紀(jì)末，俄國(guó)人也從白令海峽經(jīng)阿拉斯加來(lái)到這里。英國(guó)人和俄國(guó)人一見面就出現(xiàn)了矛盾：英國(guó)人說(shuō)今天是星期日。俄國(guó)人卻說(shuō)那是昨天，今天已經(jīng)星期一了。兩國(guó)的人誰(shuí)也不讓誰(shuí)，英國(guó)人說(shuō)俄國(guó)人傻得不得了，俄國(guó)人說(shuō)英國(guó)人個(gè)個(gè)都是瓜娃子。
現(xiàn)在我們能夠解釋這個(gè)現(xiàn)象了。往東每跨越經(jīng)度15度就應(yīng)該早一個(gè)小時(shí)，往西跨越經(jīng)度15度就應(yīng)該晚一個(gè)小時(shí)。往東去的人與往西去的人相見，就正好跨越了地球一周360度，時(shí)間就相差了24小時(shí)。也就是說(shuō)往東邊去的人時(shí)間就會(huì)比往西邊去的人的時(shí)間早24小時(shí)，也就是一天。
如果某人一直往西邊走，回到原地就會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚了一天。1522年9月，當(dāng)麥哲倫船隊(duì)剩下的18個(gè)幸存者把一艘千瘡百孔的破船駛向塞維利亞港時(shí)，整個(gè)西班牙乃至全世界都為之歡呼起來(lái)，因?yàn)檫@3年零2天的航行以247個(gè)生命（包括麥哲倫本人）、4條大船的代價(jià)，雄辯地證明了地球確實(shí)是個(gè)球體。在西班牙國(guó)王為勇士們舉行的慶功宴會(huì)上，關(guān)于日期就發(fā)生的爭(zhēng)論，船員們說(shuō)今天是9月6日星期六，但當(dāng)?shù)鼐用駞s都說(shuō)是9月7日星期日！船員們拿出逐日記載的航海日歷作證，但當(dāng)?shù)鼐用駛儏s認(rèn)為他們?cè)诼L(zhǎng)的歲月中出了差錯(cuò)，誰(shuí)也無(wú)法說(shuō)服對(duì)方。
如果某人一直往東走，回到原地就會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間早了一天。有一本小說(shuō)叫《八十天環(huán)游地球》，說(shuō)得是英國(guó)有一位紳士叫福克。一天，?？讼壬f(shuō)現(xiàn)在能夠80天環(huán)游地球一周，俱樂部的其他會(huì)員都說(shuō)不可能，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)情況下，要想80天環(huán)游地球，必須極準(zhǔn)確地一下火車就上船，一下船馬上又上火車才行且路上不能出任何意外。因?yàn)檫@80天不包括壞天氣、頂頭風(fēng)、海船出事、火車出軌等意想不到的事情。但是?？讼壬€是立了一張打賭字據(jù)，6位當(dāng)事人在上面簽了字。最后?？讼壬f(shuō)：“今天是1872年10月2日，星期三。我應(yīng)該在12月21號(hào)，星期六，晚上8點(diǎn)45分回到倫敦。諸位先生，我就要?jiǎng)由砹?。等我回?lái)時(shí)，你們可以根據(jù)我護(hù)照上的各地簽證印鑒，來(lái)查對(duì)我這次的旅行路線。”
就這樣，?？讼壬鷱膫惗爻霭l(fā)，向東經(jīng)過(guò)歐洲、非洲、亞洲、美洲4個(gè)洲，以堅(jiān)定的意志克服了無(wú)數(shù)的自然和人為的障礙，終于在1872年12月21號(hào)晚8點(diǎn)50分回到倫敦。而且旅途中與一位美女艾娥達(dá)一見鐘情，一起回到了倫敦。很遺憾比預(yù)定的時(shí)間晚了5分鐘，于是他悄悄的灰溜溜地回到了家。
第二天晚上，?？讼壬屗闹覍?shí)的仆人路路通去請(qǐng)神甫明日來(lái)主持他與艾娥達(dá)夫人的婚禮。他想雖然打賭輸成了窮光蛋，但他與美女的愛情還是要繼續(xù)，現(xiàn)在什么都沒有了，就只剩下結(jié)婚了。但神甫說(shuō)明天是22號(hào)星期日不主持婚禮。路路通證實(shí)神甫沒有說(shuō)錯(cuò)后，以最快的速度回到住宅，一把抓住他主人的衣領(lǐng)，象發(fā)瘋似地拖著?？讼壬?，跳上一輛馬車……當(dāng)他們?cè)诰銟凡看髲d里露面的時(shí)候，大鐘正指著8點(diǎn)45分，一分不差，他的朋友們正在那里等他，他贏了。
那么，是精明的?？讼壬?jì)算錯(cuò)日期了嗎？不是的，是?？讼壬谒穆贸讨小安蛔杂X地”占了24小時(shí)的便宜。這是因?yàn)樗@次旅行的方向是一直向東走，在向東走的路上一直是迎著太陽(yáng)升起的方向前進(jìn)。所以每當(dāng)他這樣走過(guò)一度經(jīng)線，他就會(huì)提前4分鐘看見日出，整個(gè)地球一共分作360度，用4分鐘乘360再用60分除，結(jié)果正好等于24小時(shí)，這就是他不知不覺賺來(lái)一天的原因。如果向西，正好相反，每天的時(shí)間將比24小時(shí)多一點(diǎn)，圍繞地球一周后，多的這一點(diǎn)就會(huì)累積為一天，就會(huì)在不知不覺中少去一天。
如果當(dāng)時(shí)有日界線，?？讼壬亲晕飨驏|越過(guò)日界線，在日期上要減去一天，也就不會(huì)出現(xiàn)前面那驚險(xiǎn)的場(chǎng)面了。事實(shí)上福克先生是提前一天到達(dá)倫敦的。
這個(gè)問題我們下節(jié)課再來(lái)講《時(shí)區(qū)和日界線》。
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