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第3章 走近四季,感受生命(1)

太阳吸引着地球围绕它作公转运动,公转一周时间需要365日5时48分46秒,周而复始,日夜不停。在浩瀚无垠的宇宙中,孤零零的没有任何支撑的庞大地球以每小时10800千米的速度围绕太阳快速公转,而且永远不会偏离其固定轨道。公转速度如此之快,可能会让你连想想都觉得头晕目眩。地球在围绕太阳公转的同时,也在沿着自转轴进行自转,自转周期为24小时,地球自转产生日夜更替。但是地球的自转不是中规中矩地前后旋转,而是有一定的倾斜度,即地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道面的垂直线呈23°27′,也就是地球的赤道与地球公转轨道面之间的倾角(称为黄赤交角)为23°27′,这个倾斜度在地球自转公转过程中保持不变。

图2显示了地球在公转运动中的4个重要位置点,每年约6月21日,地球转到A点,北半球夏季开始;约9月22日,到B点,秋天到来;约12月21日,到C点,冬天降临;约3月20日,到D点,春天的脚步就临近了。地球公转到AB之间,地球就是炎炎夏日,BC之间是凉爽秋天,CD之间是严寒冬季,DA之间是温暖春天。仔细观察图2,我们可以看出,代表地轴的那条线看起来是倾斜的,而且倾斜方向保持不变,总是指向地球的北极。因此,地球处于运行轨道的不同位置时,太阳光投射到地球上的方向也就不同,于是形成了地球上的四季变化。

图2让我们假设现在时间是6月底,即一年中太阳升起最早的月份。太阳在早上4点从东方地平线冉冉升起,阳光涌射,带给我们一天长达16小时的光和热。在晚上8点,夕阳西下,太阳发挥完最后的余热。在中午,虽然太阳不是位于我们头顶正上方,但是我们也需要抬头直面朝上才能看到太阳的踪影。太阳如此炙热、如此灿烂耀眼,用它无穷无尽的光热能量照耀大地。在这个季节,我们的白天最长,长达16小时;夜晚最短,只有8小时。越往北方,白天时间越长,夜晚时间越短,在那里你会发现太阳更加勤奋,它在凌晨2点就开始工作,晚上10点才落山。再往北,太阳在凌晨1点升起,晚上11点落下。在更遥远的北方,太阳甚至刚刚落入地平线就要升起。在靠近极点地区,你会见证壮观的极昼景象。在这里,长达几个星期甚至是几个月,太阳都不会降落,即使是午夜时刻也是阳光灿烂,像大白天一样的明朗——这一段时间只有白天,没有夜晚。

如果你朝着相反的南方旅行,你会发现,阳光不再那么炙热夺目,气候温和不炎热,白天越来越短,夜晚越来越长。等你到了南极点,你会发现,在一段时间内,那里只有黑夜没有白天。总结一下就是:到了6月底,地球南北半球的情况完全相反:北半球气候炎热,昼长夜短,北极是极昼;南半球却气候寒冷,夜长昼短,而南极点是极夜。造成南北半球光线强度如此大相径庭的原因很简单。

图3所示的是6月21日地球在图2中A点位置时接受阳光照射的情况。平行的虚线表示太阳光线。至于太阳嘛,如果按照同比例缩小,我们会看到一个直径为1.5米的、被安放在距离地球300米远的一个大圆球。本书中是放不下的,所以在这里它没有出现的必要。你只要想象有这样一个大发光体在图2中地球的左边,并且地球围绕着它作公转运动。

图3太阳只能照射地球的某一半球,接受太阳照射的半球处于白天,艳阳高照,而另外半球则处于黑夜,只有星星闪耀。在图3中,白色的部分表示被太阳照射的部分,是白天;黑暗的部分是不接受阳光照射的部分,是夜晚。如前所述,在图3里也可以看得很清楚,地球不是围绕着太阳作中规中矩的公转自转运动,地球绕轴自转,而地轴与地球公转轨道平面之间有一定的倾斜度。由于地轴与地球公转轨道面间的倾斜角度,造成了黑暗与光明、夜晚与白天不均等地交替转换。在图3中可直观地看到白天与黑夜的分界与地轴不重合。现在来想象一下,地球正在绕轴自转。在自转过程中,地球表面的每一点除了两个极点,都会旋转成一个圆圈,越靠近地球的极点,这个圆形就越小。你脑海中当然可以想象出来这种情形。

如果你能在脑海中想象出地球绕着地轴自转的景象,就会很容易理解下面的内容。在图3中,北极点和圈线P之间的地球表面地区,在地球自转一周的时间内,将不会离开太阳的照射,而不会陷入黑暗。也就是说,在图3所示的自转过程中,靠近北极点的区域只有白天,没有夜晚,圈线P被称为北极圈,在6月21日这一天,北极圈内没有夜晚。

继续看图3,我们来研究一下在地球自转中过程中其他地区的情况。T线上的所有点,在地球自转过程中都会经历由白天到夜晚的转变。但是,从图3中我们可以很明白地看出,这条线在自转过程中,处在阳光照射的白色区域的长度比处在黑暗区域的长度要长,因此这条线附近地区的白天要比夜晚长。圈线P和T间的区域在图3中没有画出像P和T一样的圈线来,但是我们可以想象得出来,越靠近北极地区,白天时间越长,夜晚时间越短。当然,从另一方面来说,越靠近线E的地区,夜晚逐渐变长,白天逐渐缩短。圈线E被称为赤道。仔细看一下图3,你会发现在这一条线,处在白色区域和阴影区域的两部分是一样长的,也就是说,白天和夜晚的时间一样长,即都是12小时。

在北半球地区,白天时间长于夜晚时间,那么在南半球是什么情况呢?一看图3就能明白——往南阴影区域的面积逐渐增加,白色区域的面积逐渐缩减。同样,南极点附近地区,在地球自转一周的过程中,一点太阳光的恩泽都接受不到,在图3所示的圈线R的区域内,一天24小时都处于黑暗之中。圈线R被称为南极圈,在6月21日,整个南极圈内都是夜晚。

太阳以温暖的阳光照耀着地球。太阳直射地球的光线强度要比倾斜光线热烈得多。接受阳光直射的区域气候非常炎热,太阳就像一个大火球挂在空中,而非太阳直射区域气候比较凉爽宜人。同样的道理,虽然地球总是沿着太阳作公转运动,但是,太阳光线不能每时每刻都平均照耀地球的每一个区域,一些地区接受太阳强光直射,而另外一些地区则接受或强或弱的阳光斜射。因此,在地球的每个区域,气候都不一致,一些地区因为有强烈的阳光直射,所以气候炎热,被称之为夏天;而有些地区,因为只有微弱阳光照耀,好像是只有一个惨白的太阳挂在空中,不能提供足够的热量,气候寒冷,这些地区处于冬天。

如果我们知道在6月21日哪些地区接受阳光直射,我们就可以知道哪些地区是这一天中最炎热的地区。我相信大家现在还没有忘:垂直于地球表面的任何一条垂线,如果无限延长的话,都会经过地球中心。在图3中,很明显,到达地表的所有光束中,只有经过T点的光束,无限延伸的话才经过地球中心。只有这一条光束才是垂直光束,太阳直接照射,如果你站在T点,你会接收到太阳最强烈的光线。太阳在这一点将它最热情的光热尽情撒播,T线上的任意一点在自转过程中都会经过T点,这条线上的任意一点在转到T点的时候都会在正午时分直面太阳。T线被我们称为北回归线。北回归线就是在6月21日,这条线上的任何地点都接受阳光直射。在6月21日,除了这条线上的地点,任何地区都没有阳光直射,也就是说,任何到达地球表面的光束经过延长都不会经过地心。其他的任何地区,太阳光线都是斜射的,不管是往南还是往北,越远离北回归线,阳光斜射就越严重。离开回归线的南北两端地区,气温会逐渐降低,不再那么炎热。例如,法国位于北回归线和北极圈中间地带,6月21日是法国在一年之中阳光最接近直射的时日。在这一天,你抬起眼睛,几乎要在天空中的最高点才能找到太阳的踪影。

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