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地球上全部的光和热都来自于太阳 , 太阳是地球唯一的能量来源 , 既然如此 , 那么地球上的冷与热就应该同太阳的远近有着直接的联系 , 离太阳近的时候就应该是炎热的夏天 , 而离太阳远的时候就应该是寒冷的冬季 , 然而这个想法错了 , 至少错了一半 。
地球可划分为南北两个半球 , 南北半球的季节是截然相反的 , 北半球的夏天就是南半球的冬天 , 而北半球的冬季就是南半球的夏季 。 南北半球相反的季节也造成了人文上的差异 , 比如 , 在北半球 , 不同文化和地区的重大节日全都在冬季 , 就是因为在农业社会中 , 冬季无事可做 。 我们知道 , 地球之所以会产生四季的变化 , 是源于地球的公转 , 而地球围绕太阳运行的公转轨道并不是一个标准的圆形 , 它是一个椭圆 , 于是地球也就有了近日点和远日点之分 。
有趣的是 , 对于北半球的人们而言 , 离太阳近的时候并非夏天 , 离太阳远的时候也并非冬季 , 北半球的夏天恰好是地球的远日点附近 , 而冬季则位于地球的近日点附近 。
为什么离太阳近的时候反而冷 , 而离太阳远的时候反而热呢?这不禁令人想起了另一个中国古代的经典问题:一小童拦住孔子的车驾 , 要向孔子请教一个问题 , 孔子承诺若答不出则拜小童为师 。 于是小童问孔子:“为什么早上的太阳冷 , 而中午的太阳热呢”?孔子答:“早上太阳远而中午太阳近” , 小童又问:“早上太阳远 , 为什么看起来大?中午太阳近 , 为什么看起来小?”孔子答不出 , 遂拜小童为师 。 这个问题对于古人而言 , 的确是颇具难度 , 而且对于公元前500年的小童而言 , 能够提出这样的问题 , 也实在是颇为不易 。
古代这个关于早晨和中午太阳的问题 , 与我们所说的北半球冬季和夏季的问题是极为相似的 。 对于地球而言 , 距离太阳的远近并不是冷与热的决定性因素 , 决定性因素是地球的倾角 。
由于月球的引力作用以及其它未知的因素 , 地球的自转轴与黄道面之间存在着一个夹角 , 这个夹角约为23.5度 。 当夏至这一天到来的时候 , 太阳直射北回归线 , 对于生活在北半球的人而言 , 这一天太阳将在天空中划出一道最长的弧线 , 是一年中白天最长的时候 。 从这一天之后 , 太阳在天空中的高度会越来越低 , 阳光照射大地的角度开始倾斜 , 天气也随之越来越冷 。 为什么太阳照射的角度变得倾斜会导致气温下降呢?有两方面的原因 。 其一就是太阳辐射到地球上的能量是一定的 。
不论是斜射 , 还是直射 , 太阳所提供的能量是固定的 , 但斜射时所照射的地球面积要比直射时大很多 , 同样多的能量 , 分散到了更广阔的的区域上 , 每一单位面积所接收到的热量自然就要比原来少了 , 温度自然也就比原来低了 。
【太阳|离太阳近的时候是夏天,离太阳远的时候是冬天,错了】其二则是因为大气层的阻隔 。 太阳光斜射的时候所经过的大气面积要比直射时多 , 根据计算 , 冬至和夏至的正午 , 太阳光在北回归线处所穿透的地球大气厚度相差达到了100公里以上 , 大量的太阳光在大气中被散射 , 照射到大地时 , 能量自然就下降了 。 孔子所遇到的问题其实也与之类似 , 早上的时候 , 太阳照射的角度更大 , 所以看起来大 , 而温度低 , 中午时分 , 太阳光照射的角度小 , 所以看起来小而温度高 。 那么为什么近日点和远日点不会对地球的温度造成影响呢?
与太阳距离的远近自然会影响到地球的温度 , 但是影响不大 , 因为地球轨道的近日点和远日点差别很小 , 因为地球的近日点和远日点只相差了480万公里 , 所以它们的太阳辐射强度只相差了不到6% , 如此小的差距根本无法弥补地球23.5度的倾角所带来的影响 。
不过不论是地球的轨道形状 , 还是地球倾角的大小 , 又或者是地球自转轴的方向 , 都不是固定不变的 。 地球轨道由最椭变为最圆的周期大概为10万年 , 而地球倾角从最大变到最小的周期约为5万年左右 , 而倾角的倾斜方向变动周期则为2.6万年 。 所以北半球的冬季并不永远都是在远日点附近 , 它会随着地球运动的周期性变化而出现变化 , 终有一日 , 北半球的近日点会变为夏季 , 而南半球的近日点则会成为冬季 , 如此周而复始 。
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