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地球介绍_引言

 2009妙手空空 2011-11-27
在《银河系漫游指南》中,主人公亚瑟·登特很难想象沃根(Vogon)建设者舰队准备毁灭地球这件事。他的大脑无法处理——这件事太重大了。亚瑟试图缩小着眼点,但想到英格兰、纽约、经典老片和美元,仍然没什么作用。只有想到再也吃不到麦当劳时,他才完全理解了这件事。

从月球上看到的地球。
NASA供图
从月球上看到的地球。


地球介绍

在决定撰写介绍地球的文章后,我们感觉有点像亚瑟·登特。虽然与宇宙中的其他星球相比地球较小,但地球实际上很大,并且极其复杂。

但我们决定还是不要集体考虑吃汉堡的问题,而是采取另一种方法。与其研究地球的每个组成部分,我们不如来看看是什么将这些部分结合在一起。

能量和光

与宇宙中的其他星球相比,地球很小。我们的行星和其他七颗(也可能是八颗)行星围绕太阳旋转,而太阳只是银河系大约2千亿颗恒星中的一颗。我们的银河系是整个宇宙的一部分,整个宇宙包括数以百万计的其他星系及其各自的恒星和行星。通过这番比较,地球的确很小。

而另一方面,与人相比,地球又是巨大的。地球赤道的直径为12,756公里,质量为6 x 1024千克。地球围绕太阳飞行,速度约为29.79千米/秒。但是,不要过多关注这些数字;对于很多人来说,地球大得不可思议、令人惊奇。但它的体积只是太阳的零头。

地球和月球与太阳相比都很小,但在日蚀时,月球的阴影可以完全覆盖太阳。
NASA供图
地球和月球与太阳相比都很小,但在日蚀时,
月球的阴影可以完全覆盖太阳。

我们站在地球上看太阳,太阳看起来也很小。这是因为太阳距离我们大约14,967 万公里。太阳赤道的直径约比地球赤道的直径大100倍,太阳内部可以容纳约一百万个地球。太阳之大更加不可思议、令人吃惊。

太阳
雅典娜地球和科学团队供图
太阳

但是没有太阳,地球也不可能存在。在某种意义上,地球是一部巨大的机器,充满不断移动的部件和复杂系统。所有这些系统都需要能量,这些能量就来自太阳。

太阳是一个巨大的核能来源——通过复杂的反应,将氢转变为氦,同时释放和热。由于这些反应,地球表面每平方米的面积,每年会从太阳获得约342瓦能量。总量约为1.7 x 1017瓦,相当于17亿座大型电厂的产量(参考)。地球若想产生比太阳更多的能量,唯一途径就是每三个人拥有一座自己的电厂(并且地球大到足够容纳所有这些电厂)。在太阳探秘中,可以了解太阳如何产生能量。

这些能量到达地球后,将为各种反应、循环和系统提供能量。这些能量驱动大气和海洋的循环,同时为农作物提供养分,而农作物又可供人类和动物食用。地球上的生命离开太阳就无法生存,地球自身离开太阳就不会发展。

充满圈的世界
尽管地球的形状实际上更像南瓜,但人们一般认为地球是个“蓝色星球”或球体。但科学家将地球分为几个圈:
  • 大气圈:我们呼吸的空气
  • 生物圈或生态圈:地球上的生命
  • 岩石圈:地球本身
  • 水圈:所有的水,包括海洋、河流和湖泊
  • 冰冻圈:两极的冰
  • 人类活动圈:地球上生活的人类

对于普通观察者来说,太阳对生命最显著的贡献是光、热和天气。现在我们将了解太阳如何生产每种能量。

黑夜和白天

太阳对地球最大的一些影响也是最为明显的。由于地球围绕地轴自转,地球的某些部分被太阳照耀时,其他部分就会处在阴影中。换句话说,就会出现日出和日落。处于白昼的部分逐渐变暖,而处于黑夜的部分则逐渐散失白天吸收的热量。

在局部多云的天气里站在户外,就能感觉到太阳对地球温度的影响有多大。当太阳被云层遮挡时,可以明显感觉到比未被云层遮挡时凉爽。地球表面吸收太阳的热量并散发出来,就像在夏天日落后马路继续散发热量一样。我们的大气层也会起到同样作用——吸收地面散发的热量并将一部分热量再发送回地球。

地球的倾斜产生了季节。这幅图片的说明文字适用于北半球。
NOAA供图
地球的倾斜产生了季节。这幅图片的说明文字适用于北半球。

地球与太阳的关系也是产生季节的原因。地球的地轴有一点倾斜,约为23.5度。一个半球靠近太阳,而另一个半球则指向相反方向。靠近太阳的半球更加温暖并能得到更多光照,此时这个半球处于夏天,同时另一半球处于冬天。这种效果对赤道附近的影响没有两极那样大,因为赤道全年接受的太阳光量基本相同。另一方面,两极在各自的冬季中接受不到任何光照,这也是两极冰冻的部分原因。

大多数人非常习惯黑夜与白天(或夏季与冬季)之间的差异,认为这是理所当然的。但这些光照和温度的变化对地球上的其他系统具有巨大的影响。其中之一是整个大气层的空气循环。例如:

  1. 明亮的阳光照耀着赤道。由于赤道受到阳光直射,而且那里的臭氧层较薄,所以空气将变得非常温暖。
  2. 随着温度变暖,空气开始上升,从而形成了低压系统。空气升得越高,温度就会越低。水随着空气冷却而凝结,从而形成云和雨。空气随着降雨变得干燥。结果是温暖干燥的空气位于大气层相对较高处。
  3. 由于气压较低,空气从南方和北方涌向赤道。随着空气变暖、上升,推动干燥空气向北方和南方移动。
  4. 干燥空气随着冷却而下沉,从而形成高压区域并飘向赤道的南北两方。

大气层的空气循环

太阳和月球
太阳和月球也有关系。夜晚我们看到的月球发出的光,实际上是反射来自太阳的光。太阳和月球的相对位置还会产生日蚀和月蚀。这似乎显得如果没有太阳月球就无足轻重,但实际上月球对地球有重要作用。月球围绕地球有规律地飞行,从而产生海洋潮汐。
这恰恰是太阳使得空气围绕地球循环的部分原因——洋流、天气形式和其他因素也有作用。但一般情况下空气从高压区域向低压区域移动,这与释放充气的气球后高压气体从气球嘴喷出非常相似。一般情况下热量也从较暖的赤道移向较冷的两极。设想一杯温热的饮料放在桌子上,饮料周围的空气随着饮料冷却而变暖。地球的热量转移过程与此相似,只是规模巨大。

科里奥利效应是地球旋转的产物,也对空气循环系统产生影响。它可引发大型天气系统(如飓风)的循环。它有助于产生从赤道附近向西刮的信风,以及北半球和南半球向东刮的急流。这些形式的风使水分和空气从一处移向另一处,从而产生各种天气。(科里奥利效应的影响范围比较广——它实际上并不像像某些人猜想的将水从水槽排出。)

太阳会经常造成风和雨。当太阳使某一特定位置的空气变暖时,空气就会上升,从而造成该地区的低气压。更多空气从周围区域涌入,从而产生了风。如果没有太阳,就不会有风——甚至根本不会有可以呼吸的空气。下面我们将了解这一问题的原因。

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