• 12月23日 星期一

分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?

腓尼基人(Phoenicia)是一个古老的民族,他们是历史上著名的航海民族。他们并不种地,而是举族经商。到后来,他们驾着自己独特的单桅帆船走南闯北,彻底垄断了整个地中海地区的海上贸易。久而久之,他们也成了一个名副其实的海洋民族。

公元前600年的一天,古埃及法老尼科二世(Nicho II)在他的宫殿里会见了几位腓尼基人的长老。

“听说你们腓尼基人很善于航海呀?”法老开门见山。

为首的腓尼基长老迈步向前,手捂胸口:“陛下您吩咐吧,您说让我们去哪里,我们就能去哪里!”

“嚯,好大口气!”法老微微一笑,“那好,我想让你们绕非洲(当然,那个时候他们还没有非洲的概念,法老只是说绕着这块大陆的边缘)一圈,你们做得到吗?”

这回腓尼基长老们却没有立即回答。毕竟这是3000年前,当时谁也没做过如此壮举,他们甚至连非洲有没有尽头都不知道。几个人互相看了一眼:“陛下,我们愿意试一试!”

尼科二世的表情忽然变得严肃起来:“听好,非洲大陆要一直在你们的船舷右侧,你们决不能中途折返。如果你们顺利地回来,我会重赏你们;但如果你们贪生怕死、半途而废,我会严惩你们的!”

几个腓尼基人同时跪下:“请陛下放心!”

得到法老的许诺,腓尼基人很快就组织了远航船队,从埃及的红海港口出发。


分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?

腓尼基船


不知不觉,载满货物的船队已经沿非洲航行了好几个月,埃及王国、东非各个部落,甚至是遥远的努比亚王国都早已被甩在身后。

忽然有一天中午,船队遇见了一件奇怪的事:太阳高悬在北边的天空!腓尼基人一下子乱了起来,他们完全不知道发生了什么事,只能忐忑不安地等待着灾难的降临。

怎么回事呢?有点地理学知识的人不难解开这个谜题:他们已经向南穿过了赤道,来到了南半球——更准确的说法是,他们已经穿过了太阳直射点。

生活在北半球的人几乎不会考虑这个问题,太阳每天东升西落,正午的太阳高悬在正南方,这似乎是常识。

但是,这并不是放之四海而皆准的,毕竟地球是个球体。如果什么地方的太阳正午都在南方的话,那我们的太阳恐怕只能终日高悬在南极点的正上方了!

其实作为一个中学地理成绩还不错的人(舔着脸自夸中),理解这件事并不太难,但实际上也没有什么真实的切身感受,直到前几年在新加坡旅游,被晒得“外焦里嫩”时,下意识抬头看太阳,结果转了一圈也没找到,最后发现太阳竟然在正头顶!

这时才意识到,新加坡位于赤道上(北纬1°18’),此时是2月中旬,太阳直射点几乎就在赤道上,它当然在正头顶了!

当然,太阳的位置带来的不仅仅是新奇这么简单的事情,它对地球最大的影响是四季的变化。

首先要说明一个容易被忽略的事实,那就是直射点的温度最高。

从下图可以清晰地看出,由于太阳可以近似被看作一个球形,它发出的光是散射的。因此以直射点为起点的长度L可以囊括进3条光线(示意),平移到L’只能囊括2条,到了L’’位置,连1条都进不去了。因此离直射点越近,光强越强(实际上由于地球表面的弧形,这种差别会更大)。


分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?


但仅有这一点还不足以引发四季,还需要另一个因素的帮助:地轴倾斜。如果你去商店买地球仪就会发现,几乎所有在售的地球仪都是倾斜的,是做坏了吗?

显然不可能!地球在宇宙中并不是(相对于太阳)竖直旋转的,地轴与黄道面(地球公转轨道平面)的夹角为66°34’,与竖直方向有23°26’的偏角。这个不到30°的偏角意味着什么呢?来看下图:


分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?

黄色粗箭头代表太阳的直射光线



通过图中我们会发现,地球在绕太阳公转的时候,冬天与夏天直射点的位置不同。对于北半球来说,夏天(左边)直射点在赤道北边,因此北半球温度最高,于是赤日炎炎,而冬天则相反。

当然,直射点并不是四处乱跑,它在一年中有规律地在地球上南北摆动。人们把它跑到最南、最北的位置人为地画了两条线,称为南北回归线(意思是到这太阳就该回归了),大约在南北纬23°26’(好像与本文中的另一个数字一样)。

对于我国来说,从云南、广西、广东,直至台湾,从这些省份的中间拦腰穿过。这意味着,这部分往南的我国国土,每年至少有两次太阳中午是在正头顶的(一来一回)。正是太阳直射点的规律变迁,地球才有了四季的规律交替(当然不止于此,还有晨昏线的变化)。


分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?

北回归线


当然,这些知识3000年前的腓尼基人并不知晓,也难怪他们慌乱——当然,他们最终并没有等来什么灾难。

由于史料的匮乏,我们并不清楚腓尼基人在何地发现太阳在北方,但他们极有可能已经进入了南半球。

经过将近三年的艰难航行,克服了无数难以想象的困难,他们终于成功回到了埃及,完成了这项看似不可能的壮举。而这次壮举也被记录在古希腊历史学家希罗多德的名著《历史》(又名《希波战争史》)中。

在西班牙国徽上,有两根巨大的柱子,相传它们就是立在地中海出海口直布罗陀海峡两端的柱子,叫“海格力斯之柱”。柱子上写着“Non Plus Ultra”,意为“此处之外,别无一物”,即“世界尽头”的意思。

分别站在北京和三亚,看到的太阳位置是一样的吗?

海格力斯之柱纪念碑(左)西班牙国徽(右)


但这两个柱子据说是腓尼基人所立,表示他们曾经勇闯世界尽头。应该说,这群人是人类历史中,第一个用脚板去丈量地球的人!


最后提一句,至于太阳直射点还有什么用途,我们会在之后的文章中继续介绍的(古希腊人拿它玩出了点花样)。

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