1.13
三个“假如”

不少时候，解释一桩司空见惯的事情要比解释不寻常的事情困难不少。我们小时候已经掌握了十进制计数法，但只有当我们需要尝试别的进位计数法，比如说七进位或者十二进位的时候，我们才会发现它的优点。只有开始学习非欧几里得几何学的时候，我们才能够真正理解欧几里得几何学的要点。为了更好地理解重力在我们生活中所起的作用，就需要想象一下，当这个力比实际情况大很多或者小很多的时候的情况。现在就让我们利用“假如”的方法来更好地解释地球围绕太阳转动的情形吧。

先来谈谈我们在学校里就已经熟悉的一件事情。我们知道，地轴跟地球运行轨道的平面相交呈的角（大约是直角的）。只有当将这个角设想成不是直角的，而是像直角的时候，我们才能更好地理解这一事实。换句话说，把地轴想象成跟地球运行轨道的平面垂直，就像凡尔纳的幻想小说《底朝天》中炮兵俱乐部的会员所幻想的一样，如此一来，自然界中各种寻常事情会发生什么变化呢？

假如地轴和地球运行轨道的平面垂直

假设，凡尔纳小说中炮兵军官们“将地轴竖起来”的企图已经实现了，现在地轴跟地球绕太阳运行轨道的平面之间呈直角，那么，自然界中会发生什么样的变化呢？

首先，现在的北极星——小熊座α星就不再是北极星了。地轴的延长线不再通过这颗星的近旁。星空天穹将会围绕天空的另一个点转动。

再次，四季交替也会完全变样，也就是说，再也不会有四季交替了。

是什么决定了四季的交替呢？为何夏天比冬天暖和？这虽然是一个极其普遍的问题，但是还是试着回答。学校里讲的远远不够，除此之外大部分人就再也无暇研究这一问题了。

北半球夏天之所以炎热，首先是因为地轴是倾斜的，它的北端现在朝向太阳，因此白天长夜晚短暂。太阳长时间地照射地面，夜里地面还来不及将所吸收的热量完全散发出去，这样吸收的热量逐渐增多，但是散热少。第二点，还是因为地轴向太阳倾斜，所以白天的时候太阳在天空的角度就要高一些，太阳光和地面之间的角度就大一些。这就是说，夏天的太阳不仅长时间地照射地面，而且照射的程度也很厉害。冬天的情况则相反，太阳照射时间短而微弱，地面夜晚散热时间长。

在南半球，同样的情形发生在6个月之后（也可以说是6个月之前）。春秋的时候，南北两极和太阳光之间的角度是一样的，太阳光照射地面的部分基本上和经线重合，昼夜基本等长。这段时间就是冬夏之间的季节。

如果地轴跟地球围绕太阳旋转的轨道平面垂直的话，还会发生这样的变化吗？不会，因为那时候地球相对于太阳光的位置不会发生变化，一年四季在地球上各个地方都会是同样的季节，就像现在只会发生在3月和9月二十几号的情况一样，那时候随时随地都会是昼夜等长（木星上的情况就是大致如此，它的轴几乎跟它绕太阳运转的轨道平面垂直）。

如果地轴跟地球绕太阳的轨道平面垂直，那这样的变化会发生在现在的温带地区，热带地区的气候变化则不会很明显，而相反，在极地地区这种变化却会十分显著。由于大气折射作用，在这些地区天空中的星体位置会被稍微抬高一些（图15）。太阳一年四季都不会降落，而是成年地在地平线上起伏，于是就会有永恒的白昼，确切地说，是永恒的早晨。虽然太阳的位置低，但是太阳光所带来的热量不会很大。然而由于太阳成年累月地照射着，酷寒的极地气候会变得温和一些。这就是地轴倾斜角度改变所带来的唯一好处，这点好处却弥补不了地球上其他地区的损失。

假如地轴跟地球运行轨道平面呈45°角

现在我们换一种想法：假设把地轴的倾斜角改成半个直角。每年春分和秋分的时候，地球上的昼夜交替情况和我们所假设的境况相同。但是在6月的时候，太阳会是在45°纬线（而不是）的天顶：在这个纬度上会像是热带地区的天气。在圣彼得堡所在的纬度（60°）地区，太阳离天顶的高度只差15°！这个高度正是热带地区的太阳高度。热带会直接与寒带接壤，而温带地区将会完全不存在了。在莫斯科和哈尔科夫地区，整个6月都会是连续不断的白昼，太阳永远不会落山。相反，冬天的时候，在莫斯科、基辅、哈尔科夫和波尔塔瓦地区，会是连绵不断的极夜。而这个时候的热带地区会变成温带，因为中午的太阳高度不会超过45°。

这样一改变，热带和温带地区就会遭受很多的损失。而极地地区却好像是从中受益了：在这些地方，严冬（比现在严寒）过后就会有如温带一般的暖和的夏季。即便是在极点上，正午的太阳高度也会有45°，而且会有半年之久。北极圈上永冻的冰块会在友好的太阳光下大大地减少。

假如地轴就在地球运行轨道平面上

第三个“假如”，是把地轴平放在地球运行的轨道平面上（图16），地球将“躺着”围绕太阳旋转。它绕着地轴旋转，就像我们行星家族中很遥远的一员——天王星旋转的一样。这样的话，将会发生什么样的事情呢？

那时极地附近地区会有半年的白昼。在此期间，太阳会盘旋状地从地平面升到天顶，然后再沿着上升的路线降落到地平线下，随之会有半年的黑夜。在昼夜交替的时候，会有很多年连续不断的微明天气。太阳在落到地平面以下之前，会有好几天在地平面附近起伏徘徊，绕着整个天空旋转。在夏季，冬天所累积的所有冰雪都会全部消融。

在中纬度地区，从春天开始，白昼很快一天天变长，然后会有一段时间是连续不断的白昼。该地区距离极地的纬度差是多少，白昼就会在多少天之后到来；这一白昼所持续的时间长短，等于当地纬度的二倍。

譬如，圣彼得堡地区的白昼时间会在3月21日之后30天到来，并持续120天。9月23日之前30天内，会出现极夜。冬天的时候情况会相反：将会出现同样天数的连续不断的黑夜。只有在赤道地区才会有昼夜等长现象。

和上述内容大致相似，我们已经谈到过天王星，它的轴和它绕太阳运行的轨道平面之间所呈的角只有8°。可以说，天王星就是“卧着”绕太阳旋转的。

在讲述了这三个“假如”之后，读者朋友应该对气候条件和地轴倾斜度之间的关系有了更清晰的认识。所以说，“气候”这个词在希腊语中有“倾斜”的意思，并非纯属偶然。