太阳每天升起又落下。我们习惯了这样的循环。天空中的太阳为什么会这样运动呢?古人认为是太阳在绕着地球转动。我们现在知道事实并非如此。地球自己在转动。地球像一个大陀螺。它绕着一条看不见的轴线旋转。这条轴线穿过地球的北极和南极。地球转一圈就是一天。
这种转动带来了许多有趣的现象。白天和黑夜是最明显的。地球对着太阳的一面是白天。背对太阳的一面是黑夜。地球不停地转,白天和黑夜就交替出现。
地球转动的影响不止这些。它还改变了大风的方向。风不是笔直地吹。它会拐弯。北半球的台风总是逆时针旋转。水池放水时,漩涡也常常是逆时针的。这是地球转动造成的。地球转动产生了一种力。科学家叫它“科里奥利力”。这种力很微弱。它不能让小汽车拐弯。但它能影响空气和水的流动。
物体运动时,地球在它脚下转动。从高处看,物体的路径会弯曲。我们感觉不到地球在转。我们站在地面上,跟着地球一起转。我们看到的物体运动路径是弯曲的。这就是科里奥利力的作用。它让北半球的物体向右偏。它让南半球的物体向左偏。赤道上没有这种偏转。
这种力决定了风的方向。风从高压区吹向低压区。如果没有地球自转,风会直线吹过去。地球转动让风的方向改变了。北半球的风向右偏。结果风绕着气压中心旋转。这就形成了旋风。台风就是这样诞生的。南半球的旋风方向相反。它们顺时针旋转。
河流也受到这种力的影响。北半球河流的右岸容易被冲刷。河水在流动中向右岸挤压。右岸的泥土被冲走。河流会越来越弯。南半球的情况反过来。左岸受到的冲刷更厉害。这是地球转动送给大地的礼物。
地球转动还影响了时间的测量。太阳两次经过天空最高点的时间间隔叫“真太阳日”。这个时间长度每天不一样。地球绕太阳的轨道是椭圆形的。地球离太阳时近时远。运行速度时快时慢。真太阳日有时长一点,有时短一点。用真太阳日来计时不方便。
人们想了一个办法。假想一个“平太阳”。它在天球上匀速运动。平太阳两次经过子午线的时间是24小时。这叫作“平太阳时”。我们手表显示的就是平太阳时。真太阳时和平太阳时之间有差值。一年中有几天差值很大。这个差值可以超过十五分钟。
地球转动还在改变地球的形状。地球不是一个完美的圆球。它在赤道处鼓起来。两极处扁平一些。地球像被人压扁的皮球。这是转动造成的离心作用。快速旋转的物体,外缘的物质会被甩出去。地球的赤道部分离转动轴最远。这里的物质受到的离心力最大。物质向赤道聚集。地球就成了一个椭球体。赤道半径比极半径长了大约二十一公里。
这种形状影响了地球的重力。在赤道上,你离地心更远。你受到的地球引力会小一点。但同时,赤道处的离心力最大。离心力会把你往外推。这又减轻了你的重量。综合起来,一个人在赤道的体重比在两极轻大约0.5%。这不是减肥的效果。这是地球转动和形状带来的礼物。
地球自转的速度也不是永远不变。它正在慢慢变慢。月亮是主要的原因。月亮吸引着地球上的海水。海水涨潮落潮。潮水和海底摩擦。这消耗了地球转动的能量。地球越转越慢。一天的时长在增加。一亿年前,一天可能只有二十三小时。恐龙看到的太阳升起得更快一些。
地球转动还有更奇妙的效应。它让傅科摆的摆动平面旋转。傅科摆是一个很长的摆。它悬挂在高高的屋顶下。摆锤很重。摆动可以持续很长时间。如果你在摆锤下面放一个沙盘。摆锤下面有尖针。摆锤摆动时,尖针会在沙盘上画出痕迹。
你会发现痕迹的方向在慢慢改变。好像有什么力量在推着摆动的平面转动。其实摆动的平面没有变。是地球在它下面转动。站在地球上的我们看到摆平面在转。这直接证明了地球在自转。北京的傅科摆每小时转动大约十度。转一圈要三十七个小时。
转动的地球为我们带来了稳定的环境。地轴指向北极星附近。这个方向很久都不会大变。我们的季节循环稳定可靠。如果地球不转动,一半地球永远炎热。一半地球永远冰封。生命将难以生存。如果地球转得太快。狂风会席卷大地。一切都会被撕碎。现在的速度刚刚好。
地球转动的故事还有很多。它安静地转动着。我们感觉不到它的运动。但我们生活的每时每刻都受它影响。我们看着太阳东升西落。我们感受风吹来的方向。我们测量时间的流逝。我们观察河流的走向。这一切背后都有地球转动的影子。它是一个沉默的舞者。它带着我们在宇宙中旋转。它创造了我们熟悉的世界。理解它的转动,就是理解我们脚下这个星球的脉搏。