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第19章 地球会一直不停地转下去吗

地球是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排为第三颗。它有一个天然卫星——月球,二者组成一个天体系统——地月系统。

大约在50亿年前,银河系里弥漫着大量的星云物质。它们因自身引力作用而收缩,在收缩过程中产生的漩涡使星云破裂成许多“碎片”。其中,形成太阳系的那些碎片,就称为太阳星云。太阳星云中含有不易挥发的固体尘粒。这些尘粒相互结合,形成越来越大的颗粒环状物,并开始吸附周围一些较小的尘粒,从而使体积日益增大,逐渐形成了地球星胚。地球星胚在一定的空间范围内运动着,并且不断地壮大。于是,原始地球就形成了。原始地球经过不断地运动与壮大,最终形成了今天的模样。

地球作为一个行星,远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样,经历了吸积、碰撞这样一些物理演化过程。地球星胚形成之初,温度较低,并无分层结构,只是由于陨石物质的轰击,放射性衰变致热和原始地球的重力收缩,才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高,地球内部物质也就具有越来越大的可塑性,且有局部熔融现象。这时,在重力作用下,物质分异开始,地球外部较重的物质逐渐下沉,地球内部较轻的物质逐渐上升,一些重的元素(如液态铁)沉到地球中心,形成一个密度较大的地核(地震波的观测表明,地球外核是液态的)。物质的对流伴随着大规模的化学分离,最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。

影响地球运行的还有外来因素。

外来因素首先是太阳,因为它是离地球最近的、能够左右地球命运的星球,也就是说,地球上一切能源、动力都来自太阳,太阳一旦有三长两短,势必殃及地球。20世纪30年代以前,人们一直以为太阳总有一天会燃尽,由白转橙再变红,最后变成一颗万籁俱寂的黑暗星体,了却其灿烂辉煌的一生。到了20世纪30年代,当物理学家了解了太阳发光发热的奥秘后,情形就大不相同了。原来,太阳的能量来自于它的热核反应,太阳的一生将度过引力收缩阶段、主序星阶段、红巨星阶段以及致密星阶段。其中主序星阶段是太阳的稳定时期。这一阶段将持续100亿年。目前太阳只度过了一半时间,正处于中年时期。一旦太阳到了红巨星阶段,那么地球的末日也就来临了。当然,这是几十亿年以后的事。

大约再过50亿年,太阳核心部分的“燃料”用光后,就会猛地又收缩一下。这一来,温度再次猛增,使外层原来没有烧过的“燃料”也“烧”起来了。此时,太阳会猛烈地膨胀,成为一颗“红巨星”。太阳会胀得很大,太阳能把水星和金星都“吞掉”。地球轨道恰好在这个胀大了的太阳表面的位置。这时的地球即使不被炽热的太阳“吞掉”,也会被烤得熔为一团熔岩。但与此同时,也会有其他小行星变得适合于人类居住,也许那就是人类未来的避难处。“红巨星”阶段大约有10亿年。然后,一切可“烧”的“燃料”都用完了,红巨星开始再次收缩,越变越小,大约只有现在的体积的十万分之一,然后才稳定下来。尽管表面温度可以高达1万度,但表面面积变小了,发出的热量会大大减少,这时,太阳就进入了“老年期”,成为白矮星一样的天体,表面温度高、体积小、密度很大(每1立方厘米物质有10吨重)。由于没有内部能源,所以这个“老年期”并不能永远维持下去,而是逐渐冷却,最后成为一个黑暗无比的“黑洞”。地球也会因为太阳的膨胀而灭亡。

除了太阳对地球的干扰之外,还有没有其他因素呢?有的科学家认为,太阳可能有一个兄弟——太阳的伴星,这颗伴星日夜不停地绕日运行,每隔2600万年,就会转到离太阳最近的地方来“兴风作浪”,它的强大引力将引起众多彗星的大扰动,有10亿颗彗星将在太阳系内横冲直撞,地球和其他行星都将成为这些彗星的“靶子”。如果与地球相撞的彗星的质量足够大,那后果就不堪设想:轻者生物灭绝,生态剧变;重者山崩地裂,地球“粉身碎骨”。然而,这颗可能会给地球带来不测的太阳伴星并没有被人们发现,不过许多科学家是相信它的存在的。

飞到地球公转轨道附近的近地彗星、小行星有可能会造成相当大的危害。它们也有可能使地球毁灭。“星击之冬”、“星击海啸”以及“通古斯空爆事件”造成的危害远大于其他的自然灾害。

知识链接:像陀螺一样地转动

我们常常以为地球是静止不动的,天上的日月星辰绕着地球转动,每昼夜旋转一圈。这是直观感觉告诉我们的。

可是哥白尼首先对这一点表示怀疑。他想,天上的日月星辰离我们很远,如果日月星辰绕着我们地球转动,每昼夜旋转一圈,那它们的运动速度就实在太大了,简直不可思议。所以他认为,太阳、星星的东出西没,并不是由于它们绕着地球转动,而是由于地球绕着自己的一根方向固定轴——地轴旋转的缘故。这就叫做地球的自转。

哥白尼的论点是正确的,因为越来越多的实践证明了这一点。举一个简单的例子,你在一个大厅里挂一个重锤,让它来回摆动,摆动的方向照例应该是不变的。可是隔了一段时间我们再去看它,就会发现重锤摆动的方向没有变,只是由于地球自转的结果,使得我们看起来好像是变了。

现在我们知道,地球就像陀螺一样,一刻不停地绕着穿过南北两极的地轴旋转。地球的旋转方向是自西向东,所以我们在地球上总是看到太阳、月亮和星星从东方升起,经过天顶,自西方落下。

但是,也有一个例外,前面我们已经说过,在北方有一个看起来好像永远不动的亮星,它就是北极星。那么为什么北极星老是待在北方上空不动呢?

原因说起来很简单,就是因为北极星的位置刚好在地球自转轴线北端所指的方向上,既然地球自转轴线所指的方向总是不变,也就是总指着北极星所在的位置,那么看起来北极星当然就是老待在一个地方不动了。我们夜间出门走远路,就可以根据北极星确定方向。

冬天晴夜,我们还可以在南方星空看到三个排列得很整齐的亮星,套在另外四个亮星的中间,中国古代叫做“参宿三星”。我们常常根据它们位置的高低来确定时间的迟早。

比如,冬天天刚黑,“三星”就挂在东方半空了;到夜深人静,它们从偏东逐渐移到正南;接着又从正南移向偏西,人们就说:“三星歪了,夜已深了。”到天快亮的时候,“三星”才落山不见。

这个道理也很简单,“三星”的东升西落,正像太阳和其他星星的东升西落一样,是地球自转运动的反映。冬天的晚上,我们根据“三星”位置的高低大致确定夜间时间的迟早,同我们根据太阳在天空中位置的高低大致确定白天时间的迟早,道理是完全一样的。

显然,不管地球如何自转运动,在同一个时间里,它总是有半面向着太阳,另外半面背着太阳;向着太阳的半面是白天,背着太阳的半面是黑夜。因为地球在不停地自转,所以地球上各个地方都有昼夜交替的现象。

地球自转一周就是一天(更精确一点说是23时56分4秒);一天又分为24小时。不过,近来多次精密测定的结果告诉我们:地球的自转是不均匀的,它在每年的八九月份转得最快,三四月份转得最慢,这种有规律的季节变化,可能同地面的气象影响有关。不仅在一年的时间里有快有慢,在更长的时间里也不均匀:近两千年来,大约每过100年,一昼夜就要加长0.00164秒;每过几十年,地球的自转速度还会来一个“跳动”,有几年转得快一些,有几年转得慢一些。当然,地球自转速度的这种变化微乎其微,对于我们的生产和生活几乎不会发生影响。

说到这里,有人可能会提出一个问题:地球在不停地旋转,白天黑夜连续交替,地球上的东面总是比西面早看见太阳,所以东面总是比西面早进入新的一天。可是,地球是一个圆球,它哪里算是最东面,哪里算是新的一天的起点呢?

这个“一天从哪里开始”的问题,在过去是不大会引起人们注意的,因为那时人们的活动范围有限,甚至“鸡犬相闻”,还是“老死不相往来”。但是后来随着社会生产的发展,交通工具的进步,解决这个问题迫切性就越来越明显了。

地球上本来并没有划分“今天”和“昨天”的界线,这条界线是由人们为了划分日期方便起见经过协商一致确定的,取名叫“日期变更线”。“日期变更线”从北极开始,经过白令海峡,穿过太平洋,直到南极。

“日期变更线”是国际公认的地球上的最东面,也就是地球上新的一天的起点和终点。一个新的日子从这里开始,慢慢地向西“环球旅行”,走完一圈,回到这里,一天就算结束了。新的一天又从这里开始。

“日期变更线”的西面是“今天”,线的东面还是“昨天”。船只向西航行越过这条线时要增加一天,船只向东航行越过这条线时要减少一天。比如,如果日期是9月30日,由东向西越过这条线时就马上要从日历上撕下一页,变成是10月1日国庆节;反之,本来已经是10月1日,由西向东越过这条线时就变成了9月30日,第二天还要再过一次国庆节。

地球上计算日期的问题就这样解决了,计算时间的问题又怎样考虑呢?

我们平常使用的时间,是以太阳的方位作标准的。每当太阳升到正南方上空的时刻,就算当地正午12点。正因为地球在不停地自转,东面地方的太阳总是比西面地方的太阳早到正南方上空,所以东面地方的时间总是比西面地方的时间要早一些。如果我们这个地方现在正是正午12时,那么在我们西面的某个地方现在一定还不到12时,而在我们东面的某个地方现在却早已过12时了。

举例来说,成都在北京的西面,所以成都时间要比北京时间晚46分,拉萨在北京的更西面,所以拉萨时间要比北京时间晚1小时42分。严格来说,东西方任何微小的差异,都会引起时间的变化。这样全世界就有了千千万万种时间,使用起来极不方便。

我们这么想吧,如果各个地方都按当地的时间标准来计算时间,那会怎么样呢?比如,有一封电报从北京6时拍出,到成都却是5时14分,这封电报怎么会在时间上倒退了呢?一项命令规定在某个时间生效,结果在东西各个地方生效的时间却不一样,这不就乱了吗?再说,如果东西各个地方的时间标准都不相同,那么又怎样安排铁路或者航空线上的行程时刻表呢?

有人可能会说,那干脆全世界都使用一个统一的标准时间吧。

这也不行,会带来很多不习惯的感觉。比如,如果我们都用英国格林尼治的时间作标准,那么北京的正午就相当于现在的凌晨4点,而在太平洋中部太阳当头照的时候,却还只是半夜时分——这是很不习惯的。

为了解决这个时间上的“纠纷”,人们经过协商以后一致决定,把整个地球按东西方向划分成24个间隔,叫做“时区”。同一个时区里的各个地方都采用统一的时间标准。考虑到时区的划分要照顾自然和行政区划,所以时区的界限往往不是严格的直线,甚至宽窄也不一样。

我国土地辽阔,根据世界时区的划分标准,我国曾被划分成5个时区,其中3个“整时区”,2个“半时区”。新中国成立以后,为了有利于社会主义建设,从实际需要和方便使用出发,现在都采用我国首都北京所在的“东八区”的时间,也就是我们平常所说的“北京时间”,作为全国统一的标准时间。

整个地球被划分为24个时区,相邻两个时区的时间正好相差1小时。在同一个时区里的时间,同真正按照太阳方位定出的时间相差不多(顶多差半小时)。在每个时区里的时间是统一的。时区与时区之间,只是小时数的不同,分秒数还是相同的。这样,使用起来就要方便得多。

当你打开收音机的时候,不是常常可以听到广播电台广播:“刚才最后一响,是北京时间×点整”吗?明白了上面的道理,你对于时间还有“籍贯”这一点就不会感到惊奇了。

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