绕着地轴转——地球自转

从电视上，人们常常会欣赏到这样一个镜头：一个花样滑冰运动员，突然把左脚尖支起，抬起右脚，扭身一转，顿时会绕自身的“轴”飞快地旋转起来⋯⋯

我们人类所居住的地球，也有像滑冰运动员一样的本领，以南北地轴为轴，自西向东做自转运动。其转速之快，比火车（每小时 60 公里计）要高

28 倍。地球的这种旋转方式，人们称其为“地球自转”（图 2—4）。地球自

转一周的时间约 24 小时（精确地说是 23 小时 56 分 4 秒），也就是一昼夜。

免费太空游

人类在地球上，不管你出门还是在家呆着，你都会天天享受着免费的太空之旅。因为地球无时无刻都在带着你在太空中做自转（还有公转）运动。而且除南北两极外，其速度都是比较高的。可“坐地日行八万里”以上。地球用这么高的速度进行自转，带我们去太空中旅行，为什么人们并没有感觉出来呢？我们不妨就拿坐火车做比喻吧。当你乘一列飞快的火车向窗外看时，会感到铁路旁边的树木、农田、工厂、房舍都在向后奔跑，如果不是因为火车的震动和颠簸，真不会觉得火车在前进哩！地球在自转的时候，我们和地球上所有的山林、田野、房屋和空气等，自然也都在跟着地球在做“旅行”运动了。因为地球几乎是在真空中运行，运动时又受不到任何摩擦和阻力，所以运动非常平稳，以至我们感觉不出地球在转动，反以为太阳、月亮和星星都在围绕着地球转动呢。

“瞧着”地球自转

有一种科学实验，能让你亲自瞧着地球在做自转运动。这个有名的实验，就是傅科摆实验（图 2—5）。这个实验最早是由法国物理学家傅科（1819～ 1868 年）于 1851 年在巴黎的一个大厅里首次做的。这套装置，主要是一根

长度为 200 英尺的细绳，末端悬吊一个 60 磅重的铁球，做成一个单摆。铁球下装一细针，球摆动时，针可在地面铺的沙层上划出记号。由于地球自转，地面的沙层盘可以随地球的旋转而旋转，因而可看见摆动面对于方位盘不断

地改变方向。摆的旋转方向，在北半球是顺时针的；在南半球是反时针的（图2—6）。

摆的旋转周期在两极是 24 小时；在赤道上傅科摆不旋转。在巴黎，每小时偏 11°多，每 32 小时偏转一周（360°）。不同纬度上，摆动平面每小时偏转的角度 a 等于地球每小时自转的速度与所在纬度正弦的乘积，其公式为：? =15°×sinψ（ψ为所在地的纬度，? 的单位为度）。如北京的ψ=39

°54＇，可计算出北京傅科摆每小时的偏转角度为 9.6°。在北京天文馆的大厅里装有一个我国自制的“傅科摆”，可供人们观察地球自转之用。如果你到北京旅游，请一定不要错过这个观赏的机会。

地球自转速度

地球自转速度，有两种表示方法：

角速度：单位时间内，地球上某一地点转动的角度，称作“角速度”。大小用角度值表示。角速度与该地点的地理纬度和海拔高度都没有关系。地球一昼夜（粗算 24 小时）旋转一周，即 360°，所以每小时转动 15°，每分钟转动 15 角分，每秒钟转动 15 角秒（图 2—7）。

线速度：地球自转时，地表面上任意一点的速度，叫“线速度”。即该点在单位时间内所转动的弧线长。单位用米/秒表示。这个弧线长和地球纬线的方向是一致的。线速度的大小，和各地的地理纬度及测点的海拔高度都有很大的关系。一般来说，纬度越低，线速度越大；纬度越高，线速度越小。海拔越高的地点，线速度越大；反之，越小。海拔高度相同的地点，在赤道上线速度最大，两极最小。地面任意点的线速度可用公式 465cos? 米/秒来计算（? 为任意点的地理纬度）。例如，赤道上的线速度为：465cos0°米/ 秒＝465 米/秒，即赤道上一个点，24 小时可运行 40000 多公里。通过此公式，可以求出纬度 30°、60°、90°（两极）各处点的线速度分别为 403 米/秒、233 米/秒和 0 米/秒。北京的地理纬度是北纬 39°54＇，线速度为 356. 7 米/秒。也就是说，北京的居民即使原地不动，其实他们随地球运动的速度比声音的传播速度还快。

地球在放慢“脚步”

地球的自转速度，仔细观察，有逐渐变慢的趋势。有人对珊瑚的年轮和日轮研究后发现，在 4 亿年前，一年有 400 天；而在 3.2 亿年前，一年减到

了 380 天；现在每年是 365 天多点儿。可见古时与现在比，地球转速在微妙的放慢了。当然，这个变化是极其缓慢的，大约每百年只减慢 0.1％秒。变化产生的因素很多，海底扩张，地幔岩流上升，加大了海陆地壳的物质负担就是一例。此外，海水的潮汐变化以及大气、岩石彼此摩擦消耗了地球转动能量等因素，也不可忽视。

地球自转带来的影响

地球自转，产生了昼夜更替（图 2—8）。

由于地球是不透明的，任何时候，只能有一半向着太阳，而另一半背着太阳，这样就有了昼夜的区别。昼半球与夜半球之间的界线，称做“晨昏线”。由于地球不停地自转，任何地点都有白昼和黑夜的“交替”。如果没有地球自转，这种昼夜交替的现象就不存在了，向阳的一半地球将永远是白昼，背阳的一半地球将永远是黑夜。那时的地球面貌、将不会是今日地球这个样子，自然条件会恶劣不堪。有了昼夜交替现象，地表大气温度可以有节奏地进行调节，地球上的生物才得以生存，地球上许多过极的自然现象得以扼制。

地球自转使地表水平运动物体产生偏转。由于地球自转北半球运动物体向右偏，南半球运动物体向左偏，偏转力的大小，用科里奥利力 D 公式来表示： D=2vwsin? ?

式中，D 代表地转偏向力，即“科里奥利力”；V 为运动物体的速度；W 为地球自转的角速度；? 为运动物体所在纬度。从 D 式中可以看出，一般而言，纬度愈高、科氏力愈大。静止的物体，不受科氏力影响。由于地球自转产生地转偏向力，从而引起大气运动、大洋中的海流、大陆上的河流等都产生偏向。如北半球河流右岸多有冲刷；开始的北风会变成东北风等等。

地球自转，造成全球不同经线上具有不同的地方时间。

一个地方正当正午的时候，距它 180°经线的地方却正当午夜。这说明地球表面每隔 15°经线，时间相差 1 小时。人们根据这一特点，划定了地球的时区。全部经度 360°，可划为 24 个时区。以通过英国伦敦格林尼治天文台的 0°经线为“本初子午线”，各跨东西径 7°30＇，为中时区。东西另外各 15°经线为东一区、西一区，如此类推，至东西十二时区，即是以 180° 经线为中心的时区。经过国际协议，还把 180°经线定为国际日期变更线（局部地方有调整）（图 2—9）。国际日期变更线的两侧，日期整好相差一天。线东比线西要减一天。

地球自转，在赤道处形成最大的离心力。

这种离心力，在地球发展史上，对早期塑性态的地球具有很大意义：使赤道处直径变长，两极处直径变短，形成今日地球两极略扁，赤道略鼓的椭圆体形态。如按地质学家李四光地质力学观来说，全球的高大山系的形成与分布特点，还与地球的自转速度的变化有关。