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1 # 魅力科學君
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2 # 搖擺的地球
地球在不停的搖擺運動
地球存在著三種主要運動方式,即自轉、搖擺和公轉,地球運動是自轉,公轉,搖擺三種運動同時並存的組合式運動。地球質心與中心不同中心以南,兩心位置確定了地軸位置,兩心距離決定著地軸傾斜角度大小。地球繞中心軸(即地軸)自轉,自轉時質心產生了偏心力,牽引著地軸發生傾斜。伴隨地球自轉,偏心力方向不停的改變,牽引著地軸傾斜方向不停的改變,於是地球出現搖擺運動。
,當偏心力指向太陽時,偏心力將地球拉近太陽,地球公轉軌道出現近日點,由於地球質心位於中心以南,因此地球到達近日點時,南半球斜向太陽,為夏至,北半球背向太陽傾斜,為冬至。當偏心力背向太陽時,偏心力將地球拉遠太陽,地球公轉軌道出現遠日點,此時地球北半球斜向太陽,為夏至,南半球背向太陽傾斜,為冬至。
四季變化是地球搖擺運動形成的,伴隨地球公轉,地球完成兩個搖擺運動週期,地球表面才能形成一次四季變化地球完成兩個搖擺運動週期,地球公轉只是接近一週。從冬至到夏至為第一個迴圈週期,從夏至到來年冬至為第二個迴圈周,兩個週期裡,冬至和夏至地軸是平行的,春分和秋分地軸是平行的,冬至和夏至與春分和秋分,地軸傾斜方向正好相反。
為什麼地球離太陽近的時候北半球反而是冬季而不是溫暖的夏季?
不可否認的是,當地球處於近日點的位置時,由於接收到更多的太陽輻射,地球的溫度就會比遠日點高一點。但在地球的公轉過程中,其與太陽之間的距離變化最大也就500萬公里左右,而地球與太陽的平均距離卻高達1.5億公里,因此可以看到,在一年之中,日地距離的變化對地球溫度影響是非常小的。
那麼是什麼在決定地球的溫度的呢?當我們開啟手電筒,將它發出的光線投射到牆面上時,牆面上就會出現一個光斑,簡單觀察一下我們就會發現,在手電筒發出的光線與牆面垂直的情況下,這個光斑是最亮的,而隨著光線相對於牆面傾斜度的增加,這個光斑的範圍就會越來越大,也越來越暗淡。
這個現象可以用簡單的物理知識來解釋:因為手電筒發出的光線是由一定數量的光子組成,所以手電筒形成的光斑面積越小,其單位面積裡接收的光子數量就越高,相應的能量也就越高,反過來講也是一樣的。
現在我們把上述的手電筒換成太陽,就可以清楚地瞭解到,太Sunny在地球上的直射點附近的區域,其單位面積接收到的太陽能量就是最高的。我們可以簡單地理解為,太Sunny在地球上的直射點在哪裡,哪裡就是夏季。
地球公轉的軌道所在的平面,被人們稱之為“黃道面”,因為地球自轉軸與黃道面並不是垂直的,它們之間有一個大約為66度34分的夾角,所以在地球公轉的過程中,太Sunny在地球表面的直射點,就會在北迴歸線和南迴歸線之間週期性地移動。
由於現在太Sunny在地球表面的直射點,正在不斷地向南迴歸線移動,相對於我們北半球而言,太Sunny的傾斜度就會逐漸加大,這會造成北半球單位面積內接收到的太陽能量減少,從而使北半球進入冬季,相應的,現在的南半球就會越來越熱,並慢慢地進入炎熱的夏季。
順便講一下,在地球的赤道地區,由於在一年之中有兩次太Sunny的直射,即使太Sunny的直射點離開了,也始終距離這片區域這裡不遠,所以赤道地區的氣溫幾乎全年都會處於一個炎熱的狀態,根本就沒有冬天可言。