第四章 地球的每日运动

我们说太阳总是起起落落。早上从东边升起，中午升到最高的地方，灿烂地照耀着大地，傍晚又从西边落下去，接着在地球的另一半开始同样的运行方式。在我们看来，不仅太阳是这样运动，星星也是如此。从表面上看，你们会认为太阳和星星都是东升西落，或者你们觉得整个天空都在围着地球转，而地球就是整个宇宙的中心，那些数不清的星星就像固定在天空中的银色亮片一样，随着天空的转动而转动。

那么，现在我们应该相信这些表象吗？太阳和星星是不是真的围绕着地球转呢？如果这个离我们有14959万千米的太阳，绕地球转一圈所需的时间是一天，那么你知道它每一分钟走过的路程是多少吗？至少40万千米。这个速度虽然让人难以置信，但是跟接下来要讲的比起来，就根本不值一提了。那些星星就像我们的太阳一样，它们的大小、亮度和太阳差不了多少，可是离地球要远得多，因此就显得更小了。在这些星星中，离我们最近的一颗和我们的距离是太阳与地球之间距离的3万倍。因此，如果它在一天之内绕地球一圈，那么它每一分钟走过的路程就是40万千米的3万倍。那其他的星星呢？它们离地球的距离可能是这颗星与地球之间的距离的百倍甚至千倍，每天也是必须绕地球一圈，可想而知，速度会有多快啊！还记得那个具有庞大体积的太阳吧，在它旁边，地球看起来就像一小块黏土，你觉得它有可能在遥远的太空以难以置信的速度绕着地球旋转，只是为了供给地球光和热吗？除了太阳，还有无数的我们称之为星星的“太阳”，它们都跟太阳一般大小，但是与地球之间的距离更远，运行速度就需要同比增长，你觉得它们有可能每天以大到无法想象的速度绕着地球转吗？这显然是不可能、不合理的。

那么我们应该如何来解释这些天体的运动呢？为什么太阳、星星还有其他行星看起来都是围绕着地球转呢？为什么它们看起来好像是从地平线的一端升起，然后从另一端落下去呢？这是最好解释的了——因为地球本身在转，所以它的每一个部分暴露在太阳底下的时间也不一样。地球就像一个陀螺一样在旋转，这样的话，星星、太阳看似在转的现象就可以解释清楚了。

坐过火车的人肯定都注意到：树啊，广告牌啊，篱笆啊，房子啊等，都好像在朝着与火车前进相反的方向运动。这时，你会感觉自己似乎是静止的，而你看到的窗外的物体都迅速地从眼前掠过。要不是火车难免会颠簸，产生的错觉肯定会更彻底：你肯定会感觉窗外的所有景象无一例外都从身边呼啸而过。倒退的马车，逆流而下的小船，逆风行驶的帆船，这些物体都同样地欺骗了火车上乘客的眼睛。总之，只要我们坐在任何慢速前进的交通工具上，我们总会有那么一个时刻感觉自己没在动，而窗外的物体都在向反方向运动的错觉，事实上，窗外的这些物体都是静止的。

地球绕着自身的轴自西向东旋转，它转一周所需的时间是24小时，也就是一天。我们感觉不到地球在运动，地球在转动的过程中也不会产生任何震动，要不是有人告诉我们，我们肯定会一直认为自己是静止的，而宇宙中其他的天体围绕着地球自东向西做运动，也就是与地球自转相反的方向。那么太阳和其他星星围绕着地球转，也是一种错觉，这种感觉就像坐在前进的火车上看窗外物体一样。

因此，我们说地球是同时在做双重运动：一个是地球围绕着太阳转，周期是一年；另一个是地球围绕着自身的轴转，周期是一天。陀螺的实验可以很好地解释地球同时进行的双重运动。当陀螺原地转动时，就像你们说的“睡眠”状态，这时候它就只绕着自身的锥尖转动；但是假如你用一种特别的方式把它扔出去，那么它就会在绕着锥尖转动的同时，又围绕着地面上的某个点做圆周运动。陀螺的运动就是仿照地球的两个运动，陀螺绕着它自己的锥尖转，就相当于地球绕着自身的轴转，而陀螺绕着地面上的某一个点转，就相当于地球围绕着太阳转。

通过以下方式，我们可以更多地了解地球的双重运动。我们在房间的中间摆一个圆桌，然后在桌子上放一根点燃的蜡烛来代替太阳，然后你在自己转的同时，也围绕着桌子转，每绕着桌子转一圈，就相当于地球围绕着太阳转一圈。这时你会发现：蜡烛的光会按顺序照在你身上的每个部位，一边的脸颊，后脑勺，还有另一边的脸颊，被蜡烛照到的时间都是不一样的（在这个实验中，我们把我们的脑袋当做地球），这么看来，我们脑袋的各个部位会交替被蜡烛的光照射到。因此，在浩瀚的宇宙中，地球也是如此，它的每个部分也是先后被阳光照射到的，白天是这一半，到了晚上这一半就变成黑色的了。正是由于地球本身的自转，才形成了白天黑夜；正是由于地球围绕着太阳转，才形成了四季的变换。

让我们用橘子来模拟地球的旋转运动。首先用一根毛线针穿过橘子的两端，让橘子以毛线针为轴旋转。这根毛线针就相当于我们前面提到的“轴线”，橘子表面的两个针孔就是“极点”。为了更形象一点，我们假想一下，地球就跟这个橘子一样，也是被一根长长的针刺穿，并围绕着这根针做自转运动。我们假想出来的地球上的这根长长的针就是地球的轴线，就跟刺穿橘子的那真实的毛线针是橘子的轴线一样。而虚构出来的针在地球的上下表面所留下的两个孔就是地球的极点。因此，地轴就是我们假想出来的那条线，地球每天都绕着它旋转，而极点就是地轴穿过地球表面所留下的痕迹。

在我们看来，天空就像一个空心的球体，而我们就在这片天空的正中心。由于地球本身自西向东自转，所以我们错以为地球是静止的，天空在自东向西旋转。天空的这种运动也是绕着轴转动的，这条轴线跟地球自转的轴线是同一条。我用一个例子来说明，你们就会很清楚了。

假想一下，有一根长长的电线穿过橘子，然后放置在房间中，水平拉直，这时候橘子是悬挂在半空中的，此时在橘子上还有一只小昆虫。假如我们让这个橘子绕着电线旋转，那么你觉得紧紧贴在橘子表面的昆虫会感觉到它也在动吗？当然不会。因为昆虫视线范围内的地方都没有发生任何改变，所以它肯定感觉不到自己在动。而房间里的地板、天花板、墙壁，先后出现在小昆虫的视野里，这让它产生整个房间都在绕着电线旋转的错觉。就是橘子绕着转动的这根电线，使得昆虫错认为是整个房间都在动。假设这条电线有整个房间的长度那么长，贯穿前后墙，那么两面墙上的两个点，相对昆虫来说，看起来是静止不动的，而墙上的其他地方照样还是在做圆周运动，离电线越近，圆周就越小，离电线越远，圆周就越大。

那么现在我们假设这个橘子代表的就是地球，这根电线代表地轴，天花板和墙壁用来表示整片天空，而这只昆虫表示的就是一个对天文学一无所知的观察者。这时，观察者就会觉得自己是不动的，而整片天空正在自东向西旋转。在他看来，除了两个点是静止的之外，天空中的每个点都在绕着地轴做圆周运动。这两个点就是地轴两端无限延长到达虚构出来的天球内部的点，我们把这两个点叫做天极，它们和地球的两极是相对的。

通过上面所讲，即使地轴是看不见的，根本不存在的，你也了解了它的位置是如何确定的。你只需要找出这样的一颗星星：不管什么时候，它的位置都不会发生改变，也没有做圆周运动。如果找不到看起来绝对静止的点，也可以找到做最小圆周运动的那颗星。找到它，就可以确定地球的北极，沿着这颗星，就可以找出地球的北极点。用同样的方法，还可以站在南半球的某个位置找到地球南极点的所在。

在我们视线范围内，离极地最近的那颗星就叫做极星。它并不是绝对静止的，只不过它的圆周运动距离非常小。在晴朗的夜晚，只要我们站在一片空旷的土地上，抬头看天空，就可以看见极星就在我们的左手边，也就是太阳升起的地方。我们会看到在地平线上空有一组群星，组成了一个星座叫做大熊座。这个星座由7颗星星组成，其中4颗非常亮，排成了一个长方形，还有3颗排成一条不规则的线，聚集在长方形的一个角的地方。大熊座是最亮最大的星座，在那片天空中其他可见的星星都无法和它的绚烂相比，因此它非常吸引人的注意。此外，由于它处在极星附近，所以彻夜可见。因为大熊座也是围绕着地轴转的，所以它在空中的位置会时高时低，但是在北半球上的人看来，它从未消失在地平线下。下面的图片所展示的就是我们讨论的大熊座的形状。它的身子是由4颗星星组成的，尾巴则是由其他3颗星组成。

由这7颗星星组成的星座是什么样子的呢？只见这只猛兽伸直了尾巴，露出了尖锐的牙齿，同时伸出爪子，好像要捕猎，这意味着什么呢？我们从未在天空中看到过类似的事物，这幅图片纯粹是想象出来的。为了区分难以计数的星星，天文学家们达成共识把天空分成几个不同的区域，然后给各个星座命名，有时候星座的形状会跟某种动物或物体相似，为了方便，他们就会按照动物或者物体的名称来命名。因为图中所画的星座跟大熊很像，所以天文学家们就把它叫做大熊座。在大熊座所在的这个区域，还有其他的星星，只不过这7颗表示大熊座的星星比较显眼，所以其他的就被忽略了，因此我们就习惯用大熊座来表示它所在的那片天空。事实上，这个名字也是不大符合实际的，因为在现实生活中熊的尾巴是非常短的，科学家为了把那3颗星星也加进去，所以才不得不给这只熊添上了长尾巴。大熊座也被称作“大卫的战车”，在这个想法中，4颗星星就组成了一辆长方形战车，而其他的3颗则代表战车的推杆。

离大熊座不远的地方，还有另外一个也是由7颗星星组成的星座，它的排列方式跟大熊座的一样，只不过没有大熊座那么亮那么大。观察的时间不同，它的位置也是不同的，有时在大熊座下方，有时在上方，有时也可能在左边或右边。其中4颗星排成了一个不是那么正的正方形，其他的3颗排成一排接在了正方形的其中一个角上，形成尾巴。这个小点的星座就叫做小熊座。小熊座的尾巴所指的方向与大熊座的尾巴指的方向总是相反的，而且小熊星座尾巴末端的那颗星星P，是这个星座中最亮的一颗。

没错，这颗星星P就是极星，当其他的星星都在自东向西做圆周运动时，这颗星星基本上都是静止的。地轴就在这颗星星的附近，假如把地轴延长，它将会冲破我们假想出来的天穹。如果很熟悉大熊座的话，只要按照下面的方法，就可以很容易找出极星：首先找到离大熊座头部最近的两颗星星，把它们连成一条直线，然后延长，穿过大熊座的背，直到找到一颗比它周围的星星都亮的星星，那么这颗星就是极星。要是怕找错，还可以利用小熊座来确认，只要检查这颗最亮的星星所处的星座是不是小熊座就行了。

地球两极所在区域的名称来源于大熊座。比如：与大熊座相对的海洋就叫北冰洋，在希腊语中，“arctos”这个词就是熊的意思。而在地球的另一边离大熊座最远的海洋，被称作南冰洋。我们也把地球的两极称作南极和北极，离我们较近的极点就是北极。

从地轴的位置和星星的运行，我们才得出指南针的四个最主要的方位：北、南、东、西。地轴是指向南北，而星星的运行方向是自东向西。在特定的环境下，我们就可以找出东西南北，也就是找出我们自己所在的位置。白天的时候，想要找出东西南北，可以面对太阳升起的地方站着，这时前面是东，后面是西，左边是北，右边是南。当然，太阳下山时，判断的方法也是很简单的。如果是面朝太阳下山的地方站着，那么前面是西，后面就是东，右边是北，左边是南。假如是在晴朗的晚上，那么我们看到的极星的位置就是北，后面就是南，右边是东，左边是西。

有时候我们会用“东方”这个词来代替“东”，意思是升起的；而“西”则会用“西方”这个词表示，意思是落下的。同样，我们也会用形容词“东方的”和“西方的”来分别表示“东边的”和“西边的”。在结束这个话题之前，还有一点也是要了解的，那就是指南针上的其他四个方位。东北就是指东面和北面的中间，东南就是东面和南面的中间。不用再作解释你们也知道西北和西南是指什么了吧。最后一点是：在地图上，如果没有特别标明，那么上面就是北，下面就是南，左边是西，右边是东。

在告诉你们地球的运行轨道之前，我猜你们会对一个表象问题感到很困惑。假如地球一天转一圈的话，那么当它转到一半时，我们应该也是绕过了地球半圈，然后我们应该是在跟起点相对的位置。一开始，我们的头在上，脚在下，但是12小时过后，应该是脚在上，头在下。最初我们还是正立的，但是过了12小时之后，应该就变成倒立的了。可是为什么这样“倒立地站着”，我们都不会感到不舒服呢？为什

么不会掉下去呢？正常来说，要保证不掉下去，我们是应该紧紧地贴在地球上的，可是事实上根本不需要这样做，我们不会发生任何意外。

你们的疑问看起来是很合理的。确实12小时之后，我们是颠倒过来的，也就是变成头在下，脚在上。可是，尽管是倒立的，我们也不会有掉下去的危险，甚至不会感到一点点的不适应。对我们的身体来讲，头应该一直是在上面，朝着天空，而脚一直是在下方，深深地扎根在地上的。但是，请记住一点：在无边无际的宇宙中，是没有所谓的“上”和“下”的概念的。宇宙中到处都一样，你怎样来判断哪个是在“上”，哪个是在“下”呢？地球以外的任何地方，是没有上下之分的，只有在地球上，“下”是用来表示朝着地面的方向，而“上”是指朝着天空的方向。我们在地球上的任何行动都会受到地球引力的作用，所以可以保持着头在上脚在下的站立姿势，并不会感到任何不便或者不适，也不会对每12小时之后身体的颠倒有任何感觉。

在这里，你们可能会提出另一个疑问——如果坐着热气球离开有地球引力的地面，升到一定的高度，可以看到下面的地球旋转吗？海洋、岛屿、陆地、帝国、森林以及山脉，这些物体都在观察者的眼皮子底下一一经过，这时候应该可以看到地球的一次完整旋转吧。这样的场景一定非常壮观！这将是多么棒的旅程啊！当地球旋转一周，把我们居住的国家带回到原来的地方时，就在短短的时间内，不需要移动一步，我们就完成了一次全球之旅。

是的，我同意，能够这样轻易地就看遍世界，那将多么美妙啊！不过，我提醒你们：要进行这样的旅程，那么请小心一点，因为你们需要爬到非常非常高的高度。在地球上有一些极高的山脉，这些山脉永远都是跟着地球在转动，如果其中一条山脉恰巧运行到你所在的位置，那么在你还没反应过来的时候，你就已经死了，你所期待的视觉盛宴也将化为乌有。你应该有自己的判断，地球上的每一点每一天都在围绕着地轴旋转，虽然这些点转动的速度不一样，因为它们的运行轨道长度都不一样。离地轴最远的点的运行轨道是最长的，因此它的转速是最快的，在极点附近的点的运行轨道就比较小，因此它们运行得很慢。极点相对于地球上的其他地方来说，是保持静止的。这些我们都可以用橘子绕着毛线针转的例子来解释。因此，离地轴最远的那些点，一天运行的距离是4万千米，速度大约是每分钟28千米。在我们所在的地方（按：法国），速度会小点，大约是每分钟20千米，差不多是快速火车速度的20倍，跟炮弹的速度相当。看到那样一座转速极快的山在向你靠进，你还会保持清醒的头脑吗？这小小的旅程听起来很有意思，事实上，是极其危险的。你可能会因为这段旅程的危险系数而放弃，还有另一个使你放弃的原因，那就是：上述种种是根本不可能发生的。

笼罩着整个地球的大气层，也是地球的一部分，所以也会随着地球的转动而转动。因此，置身大气层的热气球也会随着地球转动，并不会停下来，而周围的环境也不会发生改变。现在你会回答，那一切都了然了，可是，你还是会因为大气层是随着地球的转动而转动感到很遗憾。假如大气层是静止的，那你就得非常小心地躲开快速靠近的山脉，同时也就可以享受一次简单快速的旅程了。不过真的很可惜，太可惜了。

我的小读者们，你们的推理方式就跟拉·封丹寓言中的佃农加罗一样。让我们再来仔细看一下这个问题，看看假如大气层不随地球一起转动而是保持静止的，那么会有什么情况发生。当你奔跑的时候，静止的空气就像微风一样迎面吹来。当你坐在快速行驶的火车上时，你会看到窗帘飘了起来，就好像有强风吹过一样，即使外面一片叶子也没掉落。当火车停止时，也就没有风了，但是当火车又开始走时，风会再一次吹起来，而且随着火车的速度的增加，风力也会增大。所以我们可以把风的产生分为两种：一种是空气是静止的，而物体是逆着空气而动；另一种是物体是静止的，而空气朝着物体运动。第一种风就是普通的风，第二种风则是因为行走的火车才产生的。

现在你们会看到：如果大气层是静止的，那么地球表面上的所有物体（除了那些在两极附近的）都会用力拍打着大气层，最后会产生强有力的飓风，就好像大气层自身正在以每分钟28千米的速度在转动，如果是在法国，那就是每分钟20千米。最强的飓风的风速最多是每分钟3千米，在这样的风速下，树木将会被连根拔起，地上的石头会被吹到空中，房子也会被吹翻。假如风速达到7~9倍呢，会有什么样的结果？没有什么可以抵挡得了这样的强风，甚至山都会被它推倒。那么现在，请告诉我，地球绕着地轴转动，而大气层却保持静止，这样会比大气层随着地球转动更好吗？