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現(xiàn)在地球離太陽最遠,為何卻是一年中最熱的三伏天?

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《列子·湯問》中記載的“兩小兒辯日”典故,是中國人耳熟能詳?shù)闹腔酃适?。一個孩子認為,太陽早晨更大,因此太陽早晨時近、中午時遠。另一個孩子則認為,中午天氣更炎熱,應該是太陽早晨時遠、中午時近。這一難題,即便是博學的孔子,也未能裁決。


兩小兒辯日(圖源:網(wǎng)絡)

這個古老的辯題,觸及了人類對于自身與宇宙關系的樸素思考:我們感受到的冷暖,與我們同熱源的距離,究竟存在怎樣的聯(lián)系?

在現(xiàn)代天文學的背景下,這個辯題引出了一個尺度更宏大、也更令人困惑的現(xiàn)象。

如果我們把觀察的尺度從一天拉長到一年,會發(fā)現(xiàn)一個驚人的事實:在北半球最酷熱的盛夏,我們腳下的地球,恰恰處在一年中離太陽最遙遠的位置。這又是為何?

01

當三伏天遭遇遠日點

地球圍繞太陽公轉的軌道并非一個正圓,而是近似橢圓。這意味著,在公轉周期內(nèi),日地距離在不斷變化。地球距離太陽最近的點被稱為“近日點”(Perihelion),最遠的點則為“遠日點”(Aphelion)。


遠日點與近日點(圖源:網(wǎng)絡)

遠日點出現(xiàn)在每年的7月初。此刻,中國大地正處于一年中最酷熱的時期。中央氣象臺的高溫預警頻繁拉響,橙色甚至紅色的預警信號覆蓋廣袤的國土。


2025年7月3日- 4日全國高溫預警(圖源:中國天氣)

從華北平原的北京、石家莊,到江南水鄉(xiāng)的上海、杭州,35℃以上的高溫成為常態(tài),體感溫度在潮濕空氣的加持下更顯悶熱難當。在素有“火爐”之稱的重慶、武漢等地,氣溫沖破40℃也并非罕事。而在新疆的吐魯番盆地,極端氣溫更是可以挑戰(zhàn)生命禁區(qū),成為名副其實的“熱極”。


中國各地高溫(圖源:中國天氣)

然而,正是在這片熱浪翻滾的土地上,我們腳下的地球,正運行在距離太陽最遙遠的軌道點上,日地距離約為1.521億公里。

在滴水成冰的1月初,地球卻又運行在離太陽最近的近日點,距離約1.471億公里。

兩者之間,存在約500萬公里的距離差,換句話說,太陽光從遠日點傳到地球,比近日點要多花約16秒半的時間。根據(jù)物理定律,單位面積接收到的輻射能量與距離的平方成反比。計算表明,地球在遠日點接收到的太陽能量,要比在近日點時少大約6.5%。

這就奇怪了:我們離太陽最遠的時候,天氣最炎熱;離太陽最近的時候,天氣卻最寒冷??梢?,日地距離并非季節(jié)溫度的主導變量。那么,真正掌控地球寒暑變遷的又是什么呢?

02

省油黃金法則


解開謎團的關鍵——地軸傾角


答案,其實早在中學地理課本中就出現(xiàn)過:地球的季節(jié)變化,主要由地軸的傾斜引起,而非與太陽的距離。


地軸傾角,是指地球自轉軸與其軌道軸之間的交角,約為23度26分(圖源:Dna-webmaster|Wikimedia Commons)

沒錯,地球的自轉軸并不是垂直于其公轉軌道平面的,而是始終保持著大約23度26分的傾斜。這一傾斜,看似微不足道,卻深刻地改變了陽光照射地球的方式,也就成了四季輪轉、氣溫起伏的根本原因。


這一傾斜產(chǎn)生的另一個為人熟知的概念是黃赤交角,指地球公轉軌道面與赤道面的交角,同為23度26分(圖源:百度百科)

首先,地軸的傾斜,恰好決定了不同季節(jié)里太陽照射到地面的角度。

在北半球的夏季,地球的北極朝向太陽傾斜。正午的太陽高懸天空,太陽高度角大,在北回歸線附近,陽光近乎直射大地。能量高度集中,地表和大氣被高效加熱。

而到了冬季,在北回歸線以北地區(qū),太陽光以一個很小的角度斜射而來,能量被極大分散,加熱效率大打折扣。

以北京為例,夏至正午的太陽光所傳遞的熱量強度,是冬至正午的三倍以上。這種由照射角度帶來的巨大差異,是形成冬冷夏熱的首要原因。

與此同時,地軸的傾斜還帶來了晝夜長短的周期性變化。

夏季,北半球朝向太陽,夏天日照時間長,夜晚短暫,白天吸收熱量的時間遠多于夜間散熱的時間,熱量日積月累,氣溫持續(xù)走高。冬天則相反,黑夜冗長、白晝短促,地表的熱量不僅來不及積累,很快就被寒夜帶走了。


夏至日和冬至日的晝長(圖源:網(wǎng)絡)

因此,夏季的高氣溫,是“高效率加熱”與“長時間加熱”雙重效應疊加的結果。 這兩大主導因素所產(chǎn)生的巨大影響,完全壓倒了因日地距離變遠而帶來的那一點微弱的能量衰減。

03

從古人觀察到科學規(guī)律

至此,我們可以為“兩小兒辯日”的爭論,提供一個跨越時空的現(xiàn)代解釋。孩童的觀察雖樸素,卻開啟了關于我們與宇宙關系最根本的思考——他們的爭論沒錯,只是問題的答案,遠超他們的想象。

當我們將視野推向整個行星的尺度時,才會意識到:決定冷熱交替的,并不是地球與太陽之間的距離遠近,而是地球自轉軸那始終傾斜著的23度26分。它挑戰(zhàn)著我們的直覺,為我們揭示了一個更真實、更奇妙的宇宙。

參考鏈接:
https://www.space.com/astronomy/earth/earth-is-farthest-from-the-sun-today-so-why-is-it-so-hot

https://www.space.com/what-is-perihelion

https://www.space.com/summer-solstice-when-what

來源:蝌蚪五線譜

原標題:從“兩小兒辯日”說起:現(xiàn)在地球離太陽最遠,為何卻是一年中最熱的三伏天?

編輯:Chocobo

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