《天文基础知识》第一章太阳系与系内行星之重温地球

第一章 太阳系和系内行星

地球是人类赖以生存的星体，也是目前发现的唯一一个有生命存在的星体。而地球是太阳系的一颗行星。了解天文知识，踏入天文的大门应从太阳系开始。通过本章的介绍，读者将会对星体的分类、太阳系和系内行星建立起基本的认识。

第一节 重温地球

地球是我们赖以生存的星体，我们在地球上繁衍生息，创造了万物，发展了历史悠久的人类文明，让人类文明在这颗蓝色的星球上生根发芽，奠定了辉煌灿烂的文化基础……那么你真的了解地球吗？让我们先一起来回顾一下中学的地理知识。

一、地球的形状

在我国，早在二千多年前的周朝，就存在着一种“天圆如张盖、地方如棋局”的盖天说。然而随着生产技术的发展、人类活动范围的扩大和各种知识的积累，人们终于发现，有一些客观现象是无法用早期的那种直观而质朴的观念来解释的。实践迫使人们不得不修改原来的错误观念，于是便有人提出了拱形大地的设想，这就产生了“浑天说”。

古代印度人认为，大地被四头大象驮着，站在一只巨大的海龟身上。古代中国人认为，天像一个锅，是半圆的；而地则像一个方形的棋盘，是平的。著名的汉朝科学家张衡在所作的《浑天仪注》中写道：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”古希腊学者亚里士多德根据月食（月食是自然界的一种现象，当太阳、地球、月球三者恰好或几乎在同一条直线上时，太阳到月球的光线便会部分或完全地被地球掩盖，产生月食）的景象分析认为：月球被地影遮住的部分的边缘是圆弧型的，所以地球是球体或近似球体。麦哲伦则通过环球航海，进一步用事实证明了地球是球体。

准确的来说，地球是一个两极稍扁赤道略鼓的扁球体，“两极稍扁赤道略鼓”这一特性不仅仅出现在地球上，其他绕自转轴自转的行星都具有这一特性，这是由于行星自转产生的离心力所致。

二、 地球的自转和公转

地球无时无刻不沿椭圆轨道绕太阳运动，这种运动称为地球的公转，公转周期为一个回归年。地球绕自转轴自西向东的转动，从北极点上空看呈逆时针旋转，从南极点上空看呈顺时针旋转，称为地球的自转，周期为24小时（1天）。

那么地球自转和公转的发现经历了怎样的历程呢？

公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德提出：宇宙是一个很多层的水晶球，水晶球的中心便是我们所生活的地球，恒星、行星、太阳和月亮都在各自的轨道上围绕地球旋转。这个理论奠定了地心说的基础，但是在16世纪中叶，伟大的波兰天文学家哥白尼认为，太阳处于宇宙的中心，其他所有的行星都围绕着太阳运行，包括我们的地球，只有月球是围绕着地球运行的。哥白尼的日心说为地球的自转和公转打下了坚实的基础。再后来，法国物理学家傅科在巴黎先贤祠的天花板上挂了一个很重的摆，人们将它命名为“傅科摆”，傅科设置的摆每经过一个周期的震荡，在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹，准确地说，在这个直径6米的沙盘边缘，两个轨迹之间相差大约3毫米。傅科摆的实验现象，第一次以实验的方式向人们证实了地球自转的事实。

三、 黄道、赤道、经度和纬度：

黄道：当我们站在地球上的时候，如果花费一年的时间来观测太阳，我们所记录下来的太阳走过的“路程”便叫做黄道，黄道的产生是基于地球的公转。黄道即是太阳周年视运动的轨道，通俗来说，由于地球上的人通常感觉不到地球每时每刻在进行公转，就像人在前进时，看到周围的事物都是向后运动的，那么地球人所看到的太阳在恒星组成的星空背景上向后运动也一样，每年转一圈，并将其称为太阳周年视运动，将太阳运行的线路称为黄道。

赤道：赤道是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线，简单的来说，赤道就像是地球的一条腰带，束缚住了地球“最胖的地方”。关于赤道，在中学时我们学过，赤道处的维度为0，那里是跨越地球南北最热的地方，属于热带雨林气候。

经度和纬度：形象的来讲，经度和纬度就像一张“网”，将地球包围在这一张网里面，让地球有了坐标，我们可以通过经度和纬度准确的找到我们想要的位置。在天文学的定义上来说，经度一般指球面坐标系的纵坐标，具体来说就是地球上任意一个地点与本初子午线所在平面的夹角；纬度是指某点与地球球心的连线和地球赤道面所成的线面角，其数值在0至90度之间。位于赤道以北的点的纬度叫北纬，记为N，位于赤道以南的点的纬度称南纬，记为S。

四、 地理南北极和地磁南北极

在上文中我们了解到，赤道的纬度为0，在赤道以北的地方，我们称之为北方；在赤道以南的地方，我们称之为南方。如果我们现在身处北方，继续往北走，走过了北纬66度34分的地带，那么我们就说，我们已经走到了北极地区，同理，南纬66度34分以南的地区，我们称之为南极地区。然而，由于存在磁偏角，即地理南北极是人为规定的，而地磁南北极是自然形成的，所以地磁南北极和地理南北极并不完全重合，地磁的北极在地理南极附近，而地磁的南极在地理北极附近。

讲到这里，相信有很多读者对于地磁场很感兴趣，那么接下来我们讲解地磁场的产生和作用。在上一段中，我们提到了地磁南极和地磁北极，就像我们日常生活中所运用的条形磁铁一样，地球就是一个巨大的磁铁，那么地球是怎样形成和条形磁铁一样的磁场的呢？根据物理学“电生磁”的原理，地球或其它行星由于某种原因而带上了电荷或者导致各个圈层间电荷分布不均匀。这些电荷由于随行星的自转而做圆周运动，运动的电荷就形成电流，电流必然产生磁场，所以产生了地磁场。

地磁场除了能够让人类和动物辨别方向，最大的作用就是形成一道屏障，把宇宙射线集中到地球的南北两个磁极上来，这个作用保障了太阳风能够在距离地球较远地方被拦截，不会对地球上生物的正常生活造成影响。

五、转轴倾角

转轴倾角，是指行星的自转轴相对于轨道平面的倾斜角度，也称为轴交角。在太阳系，地球的公转轨道平面就是黄道面，所以地球的转轴倾角特别称为黄赤交角，地球的转轴倾角大约是23°26′。转轴倾角的改变会对季节变化造成重大的影响，它是造成冰河期或者间冰期起伏的一个重要因素。黄赤交角不是一个固定的值，会随着时间而改变。这种变化是很缓慢的，称为章动。随着章动的进行，地球上一天的时间随之减小，虽然减小的幅度很小，但在长期看来，这种改变依旧会产生很大的影响。

在转轴倾斜的说法上，众说纷纭，其中“陨石撞击说”和“板块漂移说”占据了重要地位，目前看来，其在一定程度上仍能使人信服，但是转轴倾斜的真相就像未知的谜题，我们对它只有各种猜测，没人了解其真正的运作机制，探索转轴倾斜的真理是人类一直向往与憧憬的领域，它寄托着人类千百年来的希望和追求，期待有一天，人类会揭开这个神秘的面纱。