地球自轉一圈是一天嗎?科學家:還真不是

2020-08-14 趣談科學

我們尋找外星文明、宜居星球最重要的一點就是適宜的溫度。地球存在生命的原因之一就是我們處於太陽系的宜居帶中,然而大家常常忽略了一點,除了距離,地球自轉也對溫度的調節起到了極大的作用,沒有自轉、自轉太快或太慢都無法誕生生命。

沒有自轉就沒有你

地球同時也圍著太陽轉,太陽就像一盞「燈」,正對太陽為光明,背對為黑暗。自轉給地球帶來了晝夜交替,如果沒有自轉,我們會經歷持續長達半年的白晝與持續長達半年的夜晚,這不單單是一睡就半年的問題。

打火機點著火,手迅速穿過,感受到些許溫度,如果速度更快,連溫暖都感覺不到。如果緩慢通過就會有一陣烤肉的香味撲鼻而來。地球就像架在燒烤架子上的肉,太陽就像篝火,必須不斷的旋轉,讓肉的各處受熱均勻,才不會烤糊。

  • 如果沒有自轉,連續半年光照會使地表溫度達到100度以上,背面的海水會結冰,蛋白質即使出現也只會失活,生命將無法誕生。

  • 如果地球自轉太慢,同樣會出現上面溫差大,溫度過高與過低的問題,不轉與慢轉區別就是開大火爆炒,還是小火慢燉。
  • 如果地球自轉太快,溫差會變小,地質活動會加劇,地震火山頻繁,颱風會增多,四季變化快,同樣是煉獄。

因此日地距離要適中,自轉速度也要適中,24小時為周期的晝夜交替就讓我們很舒服。那麼24小時是怎麼來的,僅僅是因為地球自轉嗎?如果你與檯燈保持靜止,你原地打轉,不是前面亮就是後背亮,然而地球與太陽並不像你和檯燈一樣相對靜止。

太陽日

如果地球和太陽相對靜止,地球在軌道X位置不動,原地轉動,當地球上的A點再次對準左側的太陽,地球將完成一圈自轉。

在實際情況中,地球會從軌道上X處移動到軌道Y處進行公轉,當地球僅僅只是完成一圈自轉,A點再對準左側時會發現太陽已經不在正左方位,而是左下方。地球還需要轉動一個角度,A點才能與太陽「對視」,這個過程中地球總共轉動了360°59′′,我們把這個以24小時為周期的日夜更替叫做太陽日。

太陽日的周期我們有很多種辦法得到,例如在地面上立根棍,它的影子會發生角度與長短的變化,當影子處於最短的時候就是當地的正午,用我們總說的話就是:太陽最高的地方。這也是A

點正對太陽的時候,但並不代表時間是中午12點,只能說是地方時的12點。

我們總說北京時間,然而北京的正午(影子最短)也並非北京時間的12點。地球根據經線分為24個時區,北京為東經116.4°處於東八區中(東經112.5°到東經127.5°),東八的中心線為東經120°,我們手錶與東經120°的地方時同步。常州市較為接近東經120°,所以北京時間也近乎於常州的地方時,而非北京的地方時。

早在戰國之前,古人發明日晷來計時就是基於這個原理,不過日晷所顯示的時間為地方時,例如新疆的日晷和北京的日晷肯定不同步。不過,我國區域內都是統一使用北京時間(東經120°地方時),而新疆處於東六區,地方時與東八區相差兩個小時,也就是說東部地區天亮了,新疆需要兩個小時以後才會亮,而下午放學後,東部的小朋友放學回家可以會動畫城、大風車,而新疆的小朋友到家看到的是「地球」伴隨著噔噔~噔噔的畫面。

圖:新疆晚上9點的天空

恆星日

地球真正自轉一圈(360°)所用的時間為23小時56分04秒,稱為恆星日。地球與太陽存在相對位移,因此我們不能把太陽作為參照物進行測量。

如果在封閉室內空間中,四面全是白牆,你轉上幾圈之後停下來,肯定分不清東西,如果在零重力的封閉空間中,可能連南北都找不到了。

茫茫宇宙各向同性,天體都在自顧自的移動,地球懸浮於其中同樣很難辨別準確的方向,因此我們需要一個參照物來設定初始的方向。

宇宙中並不存在絕對靜止的天體,也很難找到和地球相對靜止的恆星或行星。不過我們可以找一顆足夠遠的恆星,雖然地球相對遠星也在動,但地球自轉一圈之後,原本相對於太陽需要補轉59分的β角度會隨著恆星距離的增大而減小,當對標的恆星距離足夠大,需要補轉的角度α就會小到忽略不計,那麼我們就可以得到地球自轉的真周期。

總結

(1)地球自轉帶來了日夜更替,適中的自轉速度使地球的溫差不會出現大幅度的變化,達到誕生生命的條件。

(2)地球公轉,與太陽存在相對的位移,導致地球自轉一圈之後無法達到完整的晝夜交替,需要再補轉59分來彌補相對位移之後出現的角度偏差,因此24小時內地球自轉的角度為360°59′′,接近於361°,這樣的周期稱為太陽日,我們根據不同的時區對地球上不同地方的時間進行劃分。

(3)當我們以足夠遠的恆星為參照物,地球與恆星的相對位移可以忽略不計,如同宇宙中距離遙遠的兩個質點,我們就可以依此測算出地球真正自轉一圈的周期為23小時56分04秒,我們稱地球自轉一圈的周期為恆星日。

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  • 地球自轉一圈不是24小時,一年不是繞太陽一圈,到底怎麼回事?
    小夥伴們都有這樣一個常識,地球自轉一圈是24小時,地球繞著太陽公轉一圈是一年,如果有人現在告訴你並不是這樣的,你肯定會認為這個人是個槓精。 但是真實的情況是,這個人說得對,我完全同意這個人的說法!
  • 地球自轉一圈不是24小時,一年不是繞太陽一圈,到底怎麼回事?
    小夥伴們都有這樣一個常識,地球自轉一圈是24小時,地球繞著太陽公轉一圈是一年,如果有人現在告訴你並不是這樣的,你肯定會認為這個人是個槓精。但是真實的情況是,這個人說得對,我完全同意這個人的說法!地球繞著自轉軸自轉一圈還真的不是24小時,而是23小時56分4.09秒;
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    如果你與檯燈保持靜止,你原地打轉,不是前面亮就是後背亮,然而地球與太陽並不像你和檯燈一樣相對靜止。太陽日如果地球和太陽相對靜止,地球在軌道X位置不動,原地轉動,當地球上的A點再次對準左側的太陽,地球將完成一圈自轉。
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    ,地球的自轉並不是一塵不變的,從它誕生的那一天起,地球的自轉速度一直都在變慢。未來有一天,一個地球日有可能會達到1000個小時,也就是一天的時間超過了40天。不過,科學家稱,雖然地球自轉變慢的主要原因是潮汐鎖定和潮汐摩擦,但是其它原因的影響也是存在的,比如人類走進科技時代之後,開始不斷向太空中發射各種飛行器,人造衛星等。這些人造物體越來越多,圍繞在地球軌道之周圍。
  • 地球繞太陽一圈自轉365圈,我們卻感覺不出來,真是太有意思了
    坐地日行八萬裡,巡天遙看一千河,不算不知道,一算嚇一跳,宇宙真奇妙! 在宇宙中運動是絕對的,靜止是相對的。地球在自轉的同時還帶著我們圍繞著太陽公轉。地球圍繞太陽一周的時間我們稱之為1年。
  • 地球自轉正在不斷變慢,終有一天,地球的一天就是一個月
    很少有人知道,地球正在剎車,也就是地球自轉速度正在逐漸減慢,如今地球自轉一圈的時間是24小時,如果地球的壽命足夠長,那麼終究有一日地球自轉一圈的時間就是一個月。地球自轉在地球剛形成之初時,地球自轉的速度其實非常快,只需要8小時就可以自轉一個周期。
  • 科學家:地球自轉正在「失速」,未來一天將變成720小時!
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  • 太陽自轉一圈需要多久?
    地球自轉一圈的時間是一天,這是地球上大部分區域日夜更替的周期。月球是地球的近鄰,它繞著地球運動,同時也會自轉。雖然滿月看起來都是一樣的,但這並不意味著月球沒有自轉。事實上,月球的自轉非常特殊,其自轉周期恰好等於繞地球運動的公轉周期,都是27.3個地球日,這就是同步自轉現象。這種現象由地月系統的潮汐作用所致,所以又稱潮汐鎖定現象。月球有一面一直背對地球,有一面一直對著地球,所以我們在地球上看到的滿月都是一樣的。
  • 一天為什麼是24小時?古代一天是多長?地球自轉為什麼越來越慢?
    而太陽東升西落的原因是地球自轉,所以人們理解的一天就等於地球自轉一圈的時間。古代人的計時工具也都與太陽有關,如日晷、華表、漏壺等等——對於這些需要藉助太陽光的計時工具來說,都存在一個致命的弱點——下雨天用不了。直到機械時代才結束了這種尷尬局面,人們開始使用鐘錶。