初中科学/3.3 地球的自转

	这节课你将学到：
什么是自转？地球按什么方向自转？地球自转一周需要多少时间？为什么会有昼夜差异？为什么会有昼夜变化？为什么会有时差？地球上分为几个时区？什么是国际日期变更线？

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？

地球的自转与昼夜的更替

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

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

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。

课后自主学习

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。
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？