第四章
地球的运动

我们总是说太阳在不停起落。太阳早上从东边升起，到了中午就会升到最高的地方，让灿烂的阳光照耀着大地，等到傍晚的时候又从西边落下去了，接着会以同样的方式在地球的另一面开始运行。在我们看来，不光太阳是这样运动的，就连星星也是如此。从表面上看，你们会觉得太阳和星星都是从东边升起从西边落下，也许你们觉得地球就是整个宇宙的中心，整个天空都在围着它转，而那些数不清的星星就好比是固定在天空中的银色碎片，随着天空的转动而转动。

那么，现在我们对这些表象应该选择相信吗？难道太阳和星星真的在绕着地球转吗？如果这个与我们之间的距离为14959万千米的太阳绕着地球转一圈需要一天的时间，那么你知道它每分钟走过的距离是多少吗？至少是40万千米。虽然这个速度让人觉得不可思议，但是跟我们接下来要讲的内容比起来，就根本不算什么了。那些星星的亮度、大小都和太阳差不多，不过因为它们离地球远得多，所以看上去就显得更小了。在这些星星中，离我们最近的一颗与我们之间的距离相当于太阳与我们之间距离的3万倍。所以，假如它绕地球一圈需要的时间也是一天，那么它每分钟走过的距离就是40万千米的3万倍。而其他的星星呢？它们与地球之间的距离可能相当于这颗星星与地球之间距离的百倍乃至千倍，它们每天也必须绕地球一圈，可想而知，它们的运行速度会有多快啊！还记得那个体积庞大的太阳吧，地球在它的旁边看上去就像一小块黏土，你觉得它为了供给地球光和热，而在遥远的太空以令人难以置信的速度绕着地球旋转，这可能吗？除了太阳之外，还有无数被我们称为星星的“太阳”，它们的大小与太阳差不多，但是距离地球更远，于是运行速度就同比增长，你觉得它们有可能每天以大到令人难以想象的速度绕着地球转吗？很明显，这是不可能、不合理的。

那么我们应该怎样对这些天体的运动做出解释呢？为什么看上去太阳、星星以及其他行星都在绕着地球转呢？为什么看上去它们似乎是从地平线的一端升起，然后又从另一端落下去的呢？这个问题最好解释了——因为地球在不停地自转，所以它的每一个部分接受太阳照射的时间并不相同。地球如同一个陀螺一般在不停旋转，这样一来，就可以将太阳、星星看上去好像在绕着地球转的现象解释清楚了。

坐过火车的人肯定都曾注意过：车窗外的树啊，篱笆啊，广告牌啊，房子啊，等等，都似乎在向着和火车前进方向相反的方向运动。这时，你会觉得自己好像是静止的，而你看到的车窗外的物体则从你眼前快速地掠过。如果不是因为火车难免会颠簸，你产生的错觉一定会更加真实：你肯定会觉得车窗外的一切物体都呼啸着从你身边掠过。逆流而下的小船、迎风行驶的帆船、倒退的马车等物体同样欺骗了人们的眼睛。总之，不管我们坐在哪种慢速前进的交通工具上，我们都会在某个时刻产生自己没有动，而外面的物体却在向反方向运动的错觉。实际上，外面的物体都是静止的。

地球绕着地轴自西向东旋转，每转一圈就要花去一天的时间，也就是24小时。地球在旋转的过程中不会产生任何震动，所以我们无法感受到地球的运动，如果不是有人告诉我们这些，我们肯定会一直觉得自己是静止的，而宇宙中其他天体绕着地球自东向西地运动，即它们的运动方向与地球自转的方向相反。那么如同坐在前进的火车上看车窗外的物体一般，太阳和星星绕着地球转也是我们的一种错觉。

所以，我们说地球在同时进行着两项运动：一项是公转，即地球绕着太阳转，周期为一年；另一项是自转，即地球绕着地轴转，周期为一天。我们可以用陀螺的实验很好地解释地球的这两项运动。当陀螺在原地转动时，它只会绕着自己的锥尖转；不过要是你将它以一种特别的方式扔出去，它就会一边绕着锥尖转动，一边绕着地上的某个点转动。陀螺的运动就与地球的两项运动十分类似：陀螺绕着自己的锥尖转类似于地球的自转，而陀螺绕着地上的某个点转就类似于地球的公转。

我们可以通过以下方式，更多地了解地球的两项运动。我们将一个圆桌摆在房间的中间，然后将一根点燃的蜡烛放在桌子上以代替太阳，然后你自己开始转圈，与此同时，也绕着桌子转，你每绕着桌子转一圈，就相当于地球公转了一圈（在这个实验中，我们把自己的脑袋假想成是地球）。这时你会发现：蜡烛的光会按一定的顺序照在你的每个部位上，一边的脸颊、另一边的脸颊、后脑勺等被蜡烛照到的时间并不相同，也就是说，你脑袋的各个部位会交替被蜡烛的光照到。而在浩瀚的宇宙中，地球也是这样的，它的每个部分也是按顺序被阳光照到的，这一半白天能被照到，到了晚上就陷入黑暗中了。而形成这种昼夜交替的原因正是地球的自转，地球的公转则形成了四季的变换。

让我们用橘子对地球的旋转运动进行模拟。首先在橘子的两端穿过一根毛线针，让橘子绕着毛线针旋转。这样，我们就可以用这根毛线针表示在前面提到的“地轴”，用橘子表面的两个针孔表示“极点”。为了更形象一点，我们可以做出假想，地球和这个橘子一样，也被一根针刺穿了，并绕着这根针不停自转。我们假想出来的穿过地球的这根针就是地球的轴线，就和穿过橘子的那根毛线针是橘子的轴线一样。我们假想出来的针在地球表面留下的两个孔就是地球的极点。所以，我们假想出来的那条线就是地轴，地球每天都绕着它旋转，而地轴穿过地球表面留下的痕迹就是极点。

我们认为，天空就好比是一个空心的球体，而我们就在这个球的中心。地球本身不停地自转，而我们误认为它是静止的，是天空在自东向西旋转。天空的这种运动也是绕着轴线进行的，它的轴线与地球自转的轴线相同。为了让你们理解得更清楚，我用一个例子来说明。

假想一下，在一个房间内，用一根长电线穿过橘子，然后将其水平拉直，这时橘子是在半空中悬挂着的，在它上面还有一只小昆虫。如果我们让橘子绕着电线旋转，你认为在橘子表面紧紧贴着的昆虫会感觉到自己也在动吗？肯定不会。因为昆虫视力所及的地方没有发生任何改变，所以它是不会感到自己也在动的。而房间里的天花板、墙壁、地板，依次在小昆虫的视野里出现，这让它产生错觉，以为整个房间都在绕着电线旋转。正是橘子绕着转动的这根电线，让昆虫误以为整个房间都在动。如果这根电线的长度与房间长度一样，并贯穿前后墙，那么相对于昆虫来说，两面墙上的两个点看上去是静止的，而墙上的其他地方依然在旋转，离电线越近，转的圈越小，离电线越远，转的圈越大。

现在我们假设橘子代表的是地球，电线代表的是地轴，天花板和墙壁代表的是整片天空，而橘子上的昆虫代表的则是一个对天文学一窍不通的观察者。这时，观察者会认为自己是静止的，而整片天空在自东向西绕着地轴旋转。在他看来，天空中只有两个点是静止的，其他的点都在旋转。这两个点就是天极，即无限延长的地轴两端到达的虚构出来的天球内部的点，它们和地球的两极相对应。

通过上面所讲的内容，就算地轴并非真实存在的，也根本看不见，你也知道该怎样确定它的位置了。你只需找出这样一颗星星：无论何时，它都不会旋转，也不会改变自己的位置。要是你找不到看上去绝对静止的点，也可以先找转的圈最小的那颗星。然后沿着它，你就能找到地球的北极点了。站在南半球的某个位置，你还可以用同样的方法找到地球的南极点。

在我们视力所及的地方，与极地的距离最近的那颗星就叫极星。它并非绝对静止的，只不过它旋转的距离非常小。只要我们在晴朗的夜晚，面向南站在一片空旷的土地上，抬头看夜空，就能在我们的左手边看见极星，那里也是太阳升起的地方。 我们会在地平线上空看到一组群星，它们组成的星座叫大熊座。这群星一共有7颗，其中特别亮的4颗排成了一个长方形，另外3颗聚集在长方形的一个角，排成了一条不规则的线。大熊座是那片天空中最亮最大的星座，其他可见的星星都不如它绚烂，所以它非常引人注目。此外，因为它位于极星附近，所以是彻夜可见的。当然，大熊座也会绕着地轴旋转，于是它在空中的位置也会时高时低，不过住在北半球的人们从未看见它消失在地平线以下。图8为我们展示了大熊座的形状。4颗亮星组成了它的身子，另外3颗星组成了它的尾巴。

这个由7颗星星组成的大熊座是什么样的？只见这只猛兽伸直了尾巴，同时伸出爪子，还露出了自己尖锐的牙齿，好像正准备捕捉猎物，这代表着什么呢？我们在天空中从未看到过与其相似的事物，这幅图片完全是想象出来的。为了对天空中难以计数的星星加以区分，天文学家们一致同意将天空分成几个不同的区域，再为每个星座命名。有时为了方便起见，如果星座的形状近似于某种动物或物体，他们就会用动物或物体的名称来给星座命名。因为图8中的星座像大熊，所以天文学家们就将其命名为大熊座。在大熊座所在的区域，除了表示星座的7颗星之外，还有其他的星星，只不过因为它们不太显眼，所以就被忽略了，于是我们就习惯用大熊座来表示它所在的区域。实际上，这个名字是不太符合现实的，因为在真实生活中熊的尾巴是很短的，而科学家为了加上那3颗星星，不得不让这只熊长出了长尾巴。他们还把大熊座称作“大卫的战车”，在这个想法中，将4颗星星组成的长方形看作了一辆战车，而把另外3颗星组成的图形看作了战车的推杆。

另外一个也是由7颗星星组成的星座离大熊座很近，它的排列方式跟大熊座的一样，只是比大熊座小一点，也没有它那么亮。在不同的时间对它进行观察，会发现它的位置也是不同的，会在大熊座上下左右4个方位变动。其中4颗星组成了一个不太正的正方形，另外3颗星排成一排接在正方形的一个角上，看上去像是一条尾巴。这个星座就是小熊座。小熊座的尾巴与大熊座的尾巴总是指向两个相反的方向，而小熊座中最亮的一颗就是尾巴末端的那颗星星P。

是的，这颗星星P就是极星，当其他星星都在自东向西旋转时，极星基本上保持不动。地轴就在极星的附近，如果延长地轴，它将会冲破我们想象出来的天穹。如果你对大熊座很熟悉的话，就可以用下面的方法轻易地找到极星：首先找到与大熊座的头部距离最短的两颗星星，把这两颗星星连成一条直线并延长，使直线穿过大熊座的背，直至找到一颗比周遭的星星都亮的星星，这颗亮星就是极星。如果怕找错了，还可以用小熊座对其进行确认，即检查这颗亮星所在的星座是否就是小熊座。

大熊座是地球两极所在区域名称的来源。比如：北冰洋就是与大熊座相对的海洋，“arctos”一词在希腊语中就是熊的意思；而南冰洋就是位于地球另一端的远离大熊座的海洋。我们也用南极和北极来称呼地球的两极，离我们较近的极点就是北极。

我们从地轴的位置和星星的运行中得出了指南针的四个主要方位，它们就是北、南、东、西。地轴指向南北，而星星是自东向西运行的。这样一来，我们就可以在特定的环境下，分清东、西、南、北，找出自己所在的位置。白天，想要分清东、西、南、北，你可以面向太阳升起的地方站立，这时你的前面是东，后面是西，右边是南，左边是北。当然，如果当时正值太阳下山，要想分清方向也是十分简单的。如果你面向太阳下山的地方站立，那么你的前面是西，后面是东，左边是南，右边是北。如果是在晴朗的夜晚，那么我们看到的北极星所在的位置就是北，与其相对的就是南，左边是西，右边是东。

有时我们不说“东”而说“东方”，意思是升起的；也会用“西方”表示“西”，意思是落下的。同样，我们还会将“东边的”和“西边的”分别表示为“东方的”和“西方的”。在结束这个话题之前，我们还要了解一点，那就是指南针上的另外四个方位。东南指的是东面和南面的中间，东北指的就是东面和北面的中间。由此，你们应该知道西北和西南指的是什么了吧，我就不再对它们多做解释了。最后一点：如果在地图上没有特别标明，那么在判断方向时，就遵循“上北下南，左西右东”的规则。

在向你们介绍地球的运行轨道之前，我猜有一个表象问题会令你们感到十分困惑。假如地球自转一圈所用的时间是一天的话，那么当它转到一半时，我们也就等于绕过了地球半圈，然后我们的位置应该是与起点相对的。开始时，我们头朝上、脚朝下站着，但是经过12小时，我们就应该是头朝下、脚朝上地站着了。也就是说，最初我们是正立的，12小时之后，我们就变成倒立的了。可是我们为什么不会因为这样“倒立地站着”而感到不适呢？为什么我们不会掉下去呢？按常理说，要想保证自己不掉下去，我们应该紧紧地贴在地球上，可是实际上根本用不着我们这样做，我们也不会发生什么意外。

看上去你们的这个问题是很合理的。12小时之后，我们确实是颠倒过来的，即变成了头朝下、脚朝上。可是，虽然我们是倒立的，但根本不存在掉下去的危险，甚至连一点不适都感觉不到。对于我们的身体来说，应该一直是头朝上，向着天空，脚朝下，稳稳地站立在地上的。不过，有一点你要记住：在无边无际的宇宙中是不存在所谓的“上”和“下”的概念的。宇宙中哪里都一样，你怎么对哪个在“上”哪个在“下”做出判断呢？在地球以外的其他地方不存在上下之分，只有在地球上，用“上”表示朝着天空的方向，用“下”表示朝着地面的方向。无论我们在地球上做什么都会受到地球引力的作用，所以可以始终保持头朝上、脚朝下的姿势，并不会觉得有什么不便或者不适，也不会对每隔12小时一次的身体颠倒产生任何感觉。

在此，你们也许会提出另一个问题——如果坐着热气球从有地球引力作用的地面离开，当上升到一定的高度时，可以看到下面的地球在进行圆周运动吗？海洋、陆地、岛屿、帝国、山脉以及森林等物体，一一经过观察者的眼前，这时应该可以看到地球的一次完整圆周运动吧。这种场景肯定特别壮观！这将是多么美妙的旅程啊！当地球转过一圈，让我们居住的国家回到最初的地方时，在这短短的时间内，我们一步都不用动，就完成了一次全球之旅。

没错，我同意，可以如此轻易地看遍世界，该是多么美妙啊！但是，我必须提醒你们：要想开始这样的旅程，一定得小心一点，因为你们需要上升到特别特别高的高度。地球上的那些极高的山脉永远都会跟着地球转动，要是其中哪座山正好转到你所在的位置，那么在你反应过来之前，可能你就已经死了，你所期待的视觉盛宴也就毫无意义了。你应该自己做出判断，每天地球上的所有点都会绕着地轴旋转，不过因为它们的运行轨道长度不同，所以转动的速度也不同。距离地轴越远的点，运行轨道就越长，转速也就越快。相对于地球上的其他地方来说，极点几乎是不动的。我们可以用橘子绕着毛线针转的例子对这些现象进行解释。因此，离地轴最远的那些点，运行轨道的长度约是4万千米，转动的速度约为每分钟28千米。而我们所在的地方（即法国），转动的速度会小一点，约为每分钟20千米，几乎相当于快速火车速度的20倍，与炮弹的速度差不多。看到一座转速如此之快的山正在向你靠近，你的头脑还能保持清醒吗？这小小的旅程听上去很有趣，实际上，是非常危险的。因为这段旅程的危险系数太高，你可能会放弃它。还有一个原因也会让你将其放弃，那就是：上面说的那些是根本不可能发生的。

整个地球上方都笼罩着一圈大气层，它也是地球的组成部分之一，所以也会随着地球的转动而不停转动。因此，置身大气层中的热气球并不会停下来，而是会随着地球一起转动，这样一来，热气球周围的环境根本就不会发生改变。现在你会说，那一切都很明白了，可是，你还是会觉得很遗憾，因为大气层会随着地球的转动而转动。如果大气层是静止的，那你就得十分小心地避开快速向你靠近的山脉，同时能够享受一次美妙的旅程。但是真的十分可惜，太可惜了。

我的小读者们，你们与拉·封丹寓言中的佃农嘉罗有着相同的推理方式。让我们再来认真看看这个问题，看看如果大气层是静止的而不是随着地球一起转动的，会发生什么情况。当你奔跑时，静止的空气如同微风一般迎面吹来。当你乘坐快速行驶的火车时，你会看到窗帘在飘动，如同有强风吹过一般，哪怕外面树上的叶子连一片都没掉落。当火车停车时，风也消失了，但是当火车再次开动时，风就又吹起来了，而且随着车速的加快，风力也会加大。因此我们可以把风的产生分为两种情况：一种是物体不动，空气朝着物体运动；另一种是空气不动，而物体逆着空气而动。第一种情况产生的风就是普通的风，第二种情况产生的风就如火车行驶所产生的风。

现在你们知道：如果大气层是不动的，那么地球表面的一切物体（那些在两极附近的除外）都会用力拍打大气层，最后将产生力量强大的飓风，看上去就像是大气层自身在转动，速度为28千米每分钟，如果是在法国，速度就是20千米每分钟。而现实中最强的飓风的风速不会超过3千米每分钟，这样的风速，能够将树木连根拔起，将地上的石头吹到空中，将房子吹翻。如果风速达到7 ~ 9倍，结果会怎样呢？什么都抵挡不了这样的强风，就连大山都会被它吹倒。那么，请你告诉我，地球绕着地轴进行圆周运动，而大气层却保持不动，这样真的比大气层随着地球一起转动更好吗？ b5may8G8sdxuvjXxIjP9FGFurKmanAxlymXn5veciUyAAQkWlDS9FgdoRodloVAq