第一章 太陽系和系內(nèi)行星

地球是人類賴以生存的星體，也是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一個有生命存在的星體。而地球是太陽系的一顆行星。了解天文知識，踏入天文的大門應(yīng)從太陽系開始。通過本章的介紹，讀者將會對星體的分類、太陽系和系內(nèi)行星建立起基本的認(rèn)識。

第一節(jié) 重溫地球

地球是我們賴以生存的星體，我們在地球上繁衍生息，創(chuàng)造了萬物，發(fā)展了歷史悠久的人類文明，讓人類文明在這顆藍(lán)色的星球上生根發(fā)芽，奠定了輝煌燦爛的文化基礎(chǔ)……那么你真的了解地球嗎？讓我們先一起來回顧一下中學(xué)的地理知識。

一、地球的形狀

在我國，早在二千多年前的周朝，就存在著一種“天圓如張蓋、地方如棋局”的蓋天說。然而隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展、人類活動范圍的擴(kuò)大和各種知識的積累，人們終于發(fā)現(xiàn)，有一些客觀現(xiàn)象是無法用早期的那種直觀而質(zhì)樸的觀念來解釋的。實踐迫使人們不得不修改原來的錯誤觀念，于是便有人提出了拱形大地的設(shè)想，這就產(chǎn)生了“渾天說”。

古代印度人認(rèn)為，大地被四頭大象馱著，站在一只巨大的海龜身上。古代中國人認(rèn)為，天像一個鍋，是半圓的；而地則像一個方形的棋盤，是平的。著名的漢朝科學(xué)家張衡在所作的《渾天儀注》中寫道：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居于內(nèi)，天大而地小。天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮?！惫畔ＥD學(xué)者亞里士多德根據(jù)月食（月食是自然界的一種現(xiàn)象，當(dāng)太陽、地球、月球三者恰好或幾乎在同一條直線上時，太陽到月球的光線便會部分或完全地被地球掩蓋，產(chǎn)生月食）的景象分析認(rèn)為：月球被地影遮住的部分的邊緣是圓弧型的，所以地球是球體或近似球體。麥哲倫則通過環(huán)球航海，進(jìn)一步用事實證明了地球是球體。

準(zhǔn)確的來說，地球是一個兩極稍扁赤道略鼓的扁球體，“兩極稍扁赤道略鼓”這一特性不僅僅出現(xiàn)在地球上，其他繞自轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)的行星都具有這一特性，這是由于行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力所致。

二、 地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

地球無時無刻不沿橢圓軌道繞太陽運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為地球的公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期為一個回歸年。地球繞自轉(zhuǎn)軸自西向東的轉(zhuǎn)動，從北極點上空看呈逆時針旋轉(zhuǎn)，從南極點上空看呈順時針旋轉(zhuǎn)，稱為地球的自轉(zhuǎn)，周期為24小時（1天）。

那么地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了怎樣的歷程呢？

公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出：宇宙是一個很多層的水晶球，水晶球的中心便是我們所生活的地球，恒星、行星、太陽和月亮都在各自的軌道上圍繞地球旋轉(zhuǎn)。這個理論奠定了地心說的基礎(chǔ)，但是在16世紀(jì)中葉，偉大的波蘭天文學(xué)家哥白尼認(rèn)為，太陽處于宇宙的中心，其他所有的行星都圍繞著太陽運(yùn)行，包括我們的地球，只有月球是圍繞著地球運(yùn)行的。哥白尼的日心說為地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。再后來，法國物理學(xué)家傅科在巴黎先賢祠的天花板上掛了一個很重的擺，人們將它命名為“傅科擺”，傅科設(shè)置的擺每經(jīng)過一個周期的震蕩，在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡，準(zhǔn)確地說，在這個直徑6米的沙盤邊緣，兩個軌跡之間相差大約3毫米。傅科擺的實驗現(xiàn)象，第一次以實驗的方式向人們證實了地球自轉(zhuǎn)的事實。

三、 黃道、赤道、經(jīng)度和緯度：

黃道：當(dāng)我們站在地球上的時候，如果花費(fèi)一年的時間來觀測太陽，我們所記錄下來的太陽走過的“路程”便叫做黃道，黃道的產(chǎn)生是基于地球的公轉(zhuǎn)。黃道即是太陽周年視運(yùn)動的軌道，通俗來說，由于地球上的人通常感覺不到地球每時每刻在進(jìn)行公轉(zhuǎn)，就像人在前進(jìn)時，看到周圍的事物都是向后運(yùn)動的，那么地球人所看到的太陽在恒星組成的星空背景上向后運(yùn)動也一樣，每年轉(zhuǎn)一圈，并將其稱為太陽周年視運(yùn)動，將太陽運(yùn)行的線路稱為黃道。

赤道：赤道是地球表面的點隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軌跡中周長最長的圓周線，簡單的來說，赤道就像是地球的一條腰帶，束縛住了地球“最胖的地方”。關(guān)于赤道，在中學(xué)時我們學(xué)過，赤道處的維度為0，那里是跨越地球南北最熱的地方，屬于熱帶雨林氣候。

經(jīng)度和緯度：形象的來講，經(jīng)度和緯度就像一張“網(wǎng)”，將地球包圍在這一張網(wǎng)里面，讓地球有了坐標(biāo)，我們可以通過經(jīng)度和緯度準(zhǔn)確的找到我們想要的位置。在天文學(xué)的定義上來說，經(jīng)度一般指球面坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)，具體來說就是地球上任意一個地點與本初子午線所在平面的夾角；緯度是指某點與地球球心的連線和地球赤道面所成的線面角，其數(shù)值在0至90度之間。位于赤道以北的點的緯度叫北緯，記為N，位于赤道以南的點的緯度稱南緯，記為S。

四、 地理南北極和地磁南北極

在上文中我們了解到，赤道的緯度為0，在赤道以北的地方，我們稱之為北方；在赤道以南的地方，我們稱之為南方。如果我們現(xiàn)在身處北方，繼續(xù)往北走，走過了北緯66度34分的地帶，那么我們就說，我們已經(jīng)走到了北極地區(qū)，同理，南緯66度34分以南的地區(qū)，我們稱之為南極地區(qū)。然而，由于存在磁偏角，即地理南北極是人為規(guī)定的，而地磁南北極是自然形成的，所以地磁南北極和地理南北極并不完全重合，地磁的北極在地理南極附近，而地磁的南極在地理北極附近。

講到這里，相信有很多讀者對于地磁場很感興趣，那么接下來我們講解地磁場的產(chǎn)生和作用。在上一段中，我們提到了地磁南極和地磁北極，就像我們?nèi)粘Ｉ钪兴\(yùn)用的條形磁鐵一樣，地球就是一個巨大的磁鐵，那么地球是怎樣形成和條形磁鐵一樣的磁場的呢？根據(jù)物理學(xué)“電生磁”的原理，地球或其它行星由于某種原因而帶上了電荷或者導(dǎo)致各個圈層間電荷分布不均勻。這些電荷由于隨行星的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動，運(yùn)動的電荷就形成電流，電流必然產(chǎn)生磁場，所以產(chǎn)生了地磁場。

地磁場除了能夠讓人類和動物辨別方向，最大的作用就是形成一道屏障，把宇宙射線集中到地球的南北兩個磁極上來，這個作用保障了太陽風(fēng)能夠在距離地球較遠(yuǎn)地方被攔截，不會對地球上生物的正常生活造成影響。

五、轉(zhuǎn)軸傾角

轉(zhuǎn)軸傾角，是指行星的自轉(zhuǎn)軸相對于軌道平面的傾斜角度，也稱為軸交角。在太陽系，地球的公轉(zhuǎn)軌道平面就是黃道面，所以地球的轉(zhuǎn)軸傾角特別稱為黃赤交角，地球的轉(zhuǎn)軸傾角大約是23°26′。轉(zhuǎn)軸傾角的改變會對季節(jié)變化造成重大的影響，它是造成冰河期或者間冰期起伏的一個重要因素。黃赤交角不是一個固定的值，會隨著時間而改變。這種變化是很緩慢的，稱為章動。隨著章動的進(jìn)行，地球上一天的時間隨之減小，雖然減小的幅度很小，但在長期看來，這種改變依舊會產(chǎn)生很大的影響。

在轉(zhuǎn)軸傾斜的說法上，眾說紛紜，其中“隕石撞擊說”和“板塊漂移說”占據(jù)了重要地位，目前看來，其在一定程度上仍能使人信服，但是轉(zhuǎn)軸傾斜的真相就像未知的謎題，我們對它只有各種猜測，沒人了解其真正的運(yùn)作機(jī)制，探索轉(zhuǎn)軸傾斜的真理是人類一直向往與憧憬的領(lǐng)域，它寄托著人類千百年來的希望和追求，期待有一天，人類會揭開這個神秘的面紗。