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初中科学/3.3 地球的自转

< 初中科学
Livre ouvert.svg 这节课你将学到:
  1. 什么是自转?地球按什么方向自转?
  2. 地球自转一周需要多少时间?
  3. 为什么会有昼夜差异?为什么会有昼夜变化?
  4. 为什么会有时差?地球上分为几个时区?
  5. 什么是国际日期变更线?
图3-27:白昼。
图3-28:夜晚。

不知你对生活中一个很普通的现象有没有好奇过呢——为什么地球上会有白天和黑夜的变化呢?(图3-27、图3-28)

原来,这是由于地球自转(Rotation)的影响。那什么叫地球自转呢?地球自转怎么造就的昼夜变化呢?有人说“当中国是早晨的时候,美国正是傍晚”这是真的吗?如果是真的,这又是怎么回事呢?

目录

地球的自转与昼夜的更替编辑

 
图3-29:“地心说”体系。
 
图3-30:“日心说”体系。

古人看到每日日出日落、昼夜更替,不明白其具体原因。就猜测:地球是居中不动的,而太阳绕着地球转动,每天转一圈。这其中有半圈是太阳升到“地上”,那时阳光普照万物,是白天。当另外那半圈太阳落到“地下”的时候,大地上得不到阳光,那就是黑夜了。真的是这样吗?

这种学说就是“地心说”(图3-29),它曾经被欧洲封建教会作为统治人民的思想武器——上帝造了人类,自然要把人类安置在宇宙的中心,所以地球是宇宙中心,至于日月等其他天体,都是给地球作陪衬的。可是,事实并非如此。

后来,越来越多的科学家发现,“地心说”与观测的结果相差越来越大。于是,新的学说就慢慢形成了。波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”(图3-30),认为是地球绕太阳转。同时,地球本身还在自转,正是地球的自转造成了昼夜的更替。

 
图3-31:地球自转模拟动画。

什么是自转?自转简单说就是一个物体绕着自己内部的一根无形的“轴”旋转,这根轴叫自转轴。对于地球来说,这根自转轴就是指地轴。我们的地球就是绕着这根轴日夜不息地旋转着(图3-31),地球自转一周需要24小时也就是1天,这被称作一个“太阳日”或1“日”。地球自转的方向是自西向东。(注:地球实际自转一周的时间是23时56分4秒,其称作1“恒星日”。但由于地球同时还在公转,所以24小时才是昼夜更替的真正周期。此处暂不提恒星日。)

那为什么会产生昼夜更替呢?我们知道,地球是一个既不发光又不透明的球体,因此在某一时刻,地球上总有一半向着太阳是白天,另一半背着太阳是黑夜。由于地球会自转,所以向着太阳和背着太阳的面在不断地变化。每24小时,地球刚好自转一周,因此一昼一夜也就正是24小时。昼夜变化,也就是这样的原因。

时差与时区编辑

  关于协调世界时、时区的有趣事实,你知道吗?
  • 协调世界时的缩写UTC,是由英文Coordinated Universal Time和法文Temps Universel Cordonné而来。当时英法两国都希望用自己语言的缩写(CUT或TUC)来作为协调世界时的缩写,最后妥协使用UTC。
  • 协调世界时以前,国际通用的时间基准是格林尼治标准时(GMT)
  • 由于按照地球自转确定的时间和按照原子钟确定的时间有差异,有时会在协调世界时中加1秒或者减1秒,这称为“正闰秒”和“负闰秒”。位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒
  • 南北极由于处于经线交汇点,一般采用的时间为协调世界时。而各国科考队员则采用自己母国的时间。
  • 中国地域辽阔,地理上横跨5个时区,但都使用东八区作为标准时间,这导致了较大的时间偏差。例如[中国新疆的乌恰县是最西段使用UTC+8的地区。当那里的时钟指向8:00时,如果按照太阳高度确定地方时,其实只有4:55分。
  • 世界上最早进入新的一天的地方是基里巴斯莱恩群岛(包括圣诞岛)、托克劳萨摩亚(夏令时)。这些地方采用的时间比协调世界时快十四小时。
  • 你知道世界上还有比协调世界时快4小时51分的时区吗?这个时区曾经用于印度孟买,直到1955年。

因为地球在自转,所以地球上不同地方的昼夜情况就会不同。不同的昼夜情况也就造就了时间的差异。

比如,当北京(或台北、香港、澳门)是正午12时的时候,伦敦还是这天的凌晨4时,而纽约却还是前一天的夜里11时,可东京却已经是下午1时了!这是因为,世界上各个地方都将自己地方太阳升上正空的时间定为正午12时,可不同地方太阳升上正空的时间是不同的,因此各地的时间也会不同。这就是时差

 
图3-32:世界时区分布图。

为了避免时差带来的不便,人们在地球上划定了不同的时区(Time zone)。(图3-32)

人们挑出地球上度数能被15整除的全部经线(总共24条),规定这些经线东西各延伸7.5°就为一个时区,那么整个地球一共就被划成了24个时区,每个时区占15°。以0°经线所在的时区为“零时区”,向东为“东一区”、“东二区”……直到“东十一区”;向西为“西一区”、“西二区”……直到“西十一区”,此外还有一个“东西十二区”。每个时区内的所有地方,统一使用中央经线上的时间。

这每个时区的时间差别是1小时,也就是说只变小时,分秒不变。举例子:伦敦位于零时区,那么当伦敦是某日上午9:33:22的时候,位于东八区的北京就应该是同日17:33:22(比伦敦快8小时)。相反位于西五区的纽约的时间就会是当日的凌晨4:33:22(比伦敦慢5小时)。因此,我们在国际交往中,应该说清楚所使用的是哪个时区的时间,否则就会出差错。

当然,上面是理论划分的时区。各国还会根据自己的实际情况划分时区。例如中国虽然地理上横跨五个时区,但是整个中国(含港澳台)为了方便,都使用东八区的时间作为标准(参考:中国时区)。东八区的时间也就是120°E经线上的时间,在陆台港澳四地分别被称为“北京时间”、“国家标准时间”、“香港标准时间”、“澳门标准时间”。此外还有些国家实行非整数时区,例如印度所使用的时间比零时区时间快五小时半。

有些国家为了让在白昼时间比较长的夏季能够延长工作时间、提高工作效率,实施夏令时(Daylight saving time)。也就是夏季时将钟表拨快1小时,冬季则照常。

国际日期变更线编辑

File:International Date Lin e. png
图3-33:国际日期变更线。

大家还记得凡尔纳的《八十天环游地球》吗?在主人公回国时,他自认为已经过了81天,可没想到的是实际只过了80天。你知道这是怎么回事吗?

假设某一时刻是协调世界时4日正午12时,那么此时在东西十二区的东半部分就是4日深夜24时,在东西十二区的西半部分就是4日凌晨0时。这两个地方仅一线之隔,但日期却整整相隔1天!为了方便,我们在180°经线附近划定一条国际日期变更线(International Date Line)(图3-33),这条线的东西时间相差一天——由东向西越过此线,日期需加一天;由西向东越过此线,日期需减一天;如:在4月8日15:45向东航行跨过此线,时间应变为4月7日15:45。

需要注意的是,由于180°经线穿过陆地,而在陆地上变换日期非常不方便,于是国际日期变更线并非完全依照180°经线,而是拐了几个弯,绕过陆地,基本只通过海洋。 斜體文字jj

课后自主学习编辑

  1. 与你的同学合作完成:
    1. 找到一个时区图。请的同学随意说一个城市和其目前所处的时间(含日期,如:2日上午8:30),并提另一个城市,你说出这个城市当时的时间。
    2. 也可以先约定诸如“当北京时间8日20:00时”,同学任说一个时间点,你举出处在这一时间点的城市。
  2. 中国(含港澳台)地域辽阔,横跨5个地理时区,但统一使用东八区标准时。有人建议应该按照地理时区将全国时区细分。对此,你的意见是?