美国商船学院:早晚太阳的近远一样吗??

来源:百度文库 编辑:神马品牌网 时间:2024/03/28 23:06:00
大家帮帮忙吧!!!!!!!!!!!!《两小儿辩日》的课后题!!!帮帮忙吧!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

一样

太阳看起来早晚大,中午小,只是一种光学作用,不论何时看,太阳实际是一样大的。张衡解释说:早晚观测者周围环境比较暗,在较暗的环境中看相对亮的物体则该物体就显得大;而中午时周围环境较亮,这时看太阳好像就显得小。好比一团火,夜里看就大,白天看就小。

地球绕日公转轨道是一个接近正圆的椭圆,太阳位于椭圆轨道的一个焦点上,这样在一年内、乃至在一天内,日地距离都在不停的变化之中。

每年1月初,地球位于绕日公转轨道的近日点,日地距离达到最小值,约为1.471亿千米。
每年7月初,地球位于绕日公转轨道的远日点,日地距离达到最大值,约为1.521亿千米。

跟日地平均距离(1.496亿千米)相比,日地距离在一年之内的变化差值(0.05亿千米)几乎可以忽略不计。那么在一天内,日地距离的变化更是微不足道了。

如果非要把早晨和中午的日地距离作以比较的话,有人会认为中午的太阳会更近一些, 理由是,早晨太阳从地平线方向照过来,比中午的太阳远了一个地球半径的距离。
这种说法对不对呢,我们来分析一下。

从上面的数据可知,从1月份到7月份,半年的时间里,日地距离变化幅度达到500万千米(1.521亿千米减去1.471亿千米),每天内的变化值为2.7万千米,从早晨到中午大约6小时,为四分之一日,日地距离变化值约为6868千米,这个值已大于地球的半径。

如果地球正在向近日点运动,从早晨到中午,一方面确实近了一个地球半径左右的距离(6300多千米),另一方面经过四分之一日,日地距离也近了6868千米,两者叠加,中午离太阳更近了。

但如果地球正在向远日点运动,从早晨到中午,一方面从地球到太阳也近了一个地球半径左右的距离(6300多千米),可是另一方面经过四分之一日,日地距离却远了6868千米,两者叠加,中午离太阳就更远了。

因此到底是中午离太阳近,还是早晨离太阳近,就要看是哪一段时间了。

用现在的天文学知识来判决,胜利应该归给那主张中午最近的孩子。太阳离地球平均14960万公里,在中午的时候,它直射在地球上,它的距离也就大约是14960万公里,而在早晚却从斜处射来,距离就总要多一点。但要赞同第二个小孩的主张,就不能不附带着反驳第一个小孩的理由。既然早晚的太阳较远,照理应该小一点,至少也得要与中午的太阳差不多相等,为什么看起来反而会大了呢?重要的就是这一个问题。

为要解答这问题,首先我们得找一副望远镜,准备用它来观察太阳。因为太阳刺眼睛,少不得还要再找一块黑色玻璃遮在望远镜镜头上,才容易窥看。倘若眼力不好,遮上黑玻璃还觉得不济事时,不妨等到月亮圆的时候,用月亮来代替太阳,也一样的有效;因为月亮也和太阳一样,在初升和降落的时候,看起来会比当天的时候大得多。准备好了,就可以进行观察。于是我们很快地就得到一个可惊的发现:原来望远镜中所看见的现象,和肉眼所见的完全不同;不论早晚或中午,望远镜里的太阳总是一样大!

望远镜里所见的是真实情形。早晚的太阳虽然比中午远一点,但所增加是很有限的。地球的直径还不到13000公里,太阳从斜面射来时,增加了的距离不会比地球直径更长,与全部距离14960万公里比较起来,还没有增加了万分之一。马虎一点就说全无增加,也不妨事的。因为这样微小的差别,要精密天文器械才测量得出来,普通望远镜决发觉不到那么微细的地方,所以,我们在望远镜里看起来是一样大小,并没有什么奇怪。

但为什么肉眼所见的情形会完全不同呢?我们可以断定是由于错觉。现在就要解释,何以有这错觉。

第一,我们对于整个天空先就有了一种错觉。由肉眼看来,地平线附近的天空,总觉得比天顶上的天空要离得远一点。这在心理学上,是用眼球的筋肉运动状态来说明的。地面上有树木房屋等种种物体,这些物体吸引着我们的注意,使我们的眼球感到牵引,觉得要将视线从自己身边移到地平线上,眼球筋肉比较劳累,”于是就感到那儿的天空较远。天顶上却不同,一望上去,决没有什么滞碍的物体,眼球的运动很舒适,就觉得天空的近。因为觉得地平线上的天空远,也就觉得那儿的太阳远,因为天顶上的天空近,所以那儿的太阳看起来也很近,这种现象,只要稍稍注意的人,都能知道的。

其次,再研究一下物体与眼睛的关系。一件物体映人眼睛里来,对于眼睛常形成一定的“视角”,所谓视角,就是假设从物体的顶点和脚点各引一条线到眼睛上,其中间所成的角度。同一样东西,放近了,视角便加大,离远了,视角便缩小。同时,大的东西,如果隔得远,它的视角也许会比近处的小东西来得更小。例如一只手掌,不过五寸,一个人,也许长到五尺,倘若这十倍长的人站在二丈以外的远处,那我就可在离一尺的地方用一只小小的手掌将那人全部遮着,使眼睛完全看不见他。这就因为一尺以内的手掌,它的视角比二丈以外的人来得大的缘故。但现在我们就发现眼睛的一个特性:手掌虽然能够遮了人,眼睛却决不会误认手掌比人大。这是一种很重要辨别能力。一件大的东西,只要我们知道它离得远,即使视角很小,我们仍能辨别出它的大。反之,我们觉得近的东西,即使视角很大,也能辨别其小。这能力,对于我们的生活是很重要的。它能指示我们日常事物真实的人小,没有它,我们会把摩天楼看成玩具,岂不要到处碰钉子?但我们要晓得,这辨别能力只在日常的小事物里才有效果,应用到广大的天空上去,结果便完全相反了。数量的增大会引起性质的突变,在地上可以认识真理的这同样的眼睛,在天空中却使我们发生错觉。

早晚的太阳和中午的太阳,与地球的距离是相差无几的。视角也几乎完全是一样。因此在望远镜中看起来是一样大小,但肉眼的辨别力却来捣乱。它说:天顶上的太阳,是比较近的,所以视角虽然与地平线上的一样,而面积却应该小一点。反之,地平线上的太阳比较远,所以应该是大的。我们的脑髓素来只知道听从肉眼的判别,所以就真觉得两处的太阳大不相同了。

在封建社会里,人类对于自然界的知识完全依赖着表面现象的观察,因此被自己的眼睛骗了几千年,无法解答那传说里的疑问。遇到了科学,疑团是这样轻便地就消释了;倘若有人不相信,还可以做一个更进一步的实验。用一块乳色的玻璃,或较薄的磁片,离眼睛六七寸的地方遮着太阳,太阳的红红的圆形就映在这块玻璃上。这时眼睛就会说,现在太阳更近了,所以它的视角虽然和天上一样,它本身却应该更小一点。细细一看时,果然,这玻璃上的太阳还不到一颗黄豆大!

因为地球自转24小时一周(围绕太阳公转是365天一周),地球自转到中午时恰与太阳(太阳是恒星)接近垂直,两点间距离,垂线最短。所以,中午太阳与地面接近垂直照射,距离最短,所以中午温度高。

而早上,太阳是与地面呈斜射,太阳与地面距离远,所以早上温度低冷。因此人们在感觉上觉得中午太阳离地球更近一些,那是因为太阳光线照射地球的角度不同所引起的人们的误觉。

用现在的天文学知识来判决,胜利应该归给那主张中午最近的孩子。太阳离地球平均14960万公里,在中午的时候,它直射在地球上,它的距离也就大约是14960万公里,而在早晚却从斜处射来,距离就总要多一点。但要赞同第二个小孩的主张,就不能不附带着反驳第一个小孩的理由。既然早晚的太阳较远,照理应该小一点,至少也得要与中午的太阳差不多相等,为什么看起来反而会大了呢?重要的就是这一个问题。

为要解答这问题,首先我们得找一副望远镜,准备用它来观察太阳。因为太阳刺眼睛,少不得还要再找一块黑色玻璃遮在望远镜镜头上,才容易窥看。倘若眼力不好,遮上黑玻璃还觉得不济事时,不妨等到月亮圆的时候,用月亮来代替太阳,也一样的有效;因为月亮也和太阳一样,在初升和降落的时候,看起来会比当天的时候大得多。准备好了,就可以进行观察。于是我们很快地就得到一个可惊的发现:原来望远镜中所看见的现象,和肉眼所见的完全不同;不论早晚或中午,望远镜里的太阳总是一样大!

望远镜里所见的是真实情形。早晚的太阳虽然比中午远一点,但所增加是很有限的。地球的直径还不到13000公里,太阳从斜面射来时,增加了的距离不会比地球直径更长,与全部距离14960万公里比较起来,还没有增加了万分之一。马虎一点就说全无增加,也不妨事的。因为这样微小的差别,要精密天文器械才测量得出来,普通望远镜决发觉不到那么微细的地方,所以,我们在望远镜里看起来是一样大小,并没有什么奇怪。

但为什么肉眼所见的情形会完全不同呢?我们可以断定是由于错觉。现在就要解释,何以有这错觉。

第一,我们对于整个天空先就有了一种错觉。由肉眼看来,地平线附近的天空,总觉得比天顶上的天空要离得远一点。这在心理学上,是用眼球的筋肉运动状态来说明的。地面上有树木房屋等种种物体,这些物体吸引着我们的注意,使我们的眼球感到牵引,觉得要将视线从自己身边移到地平线上,眼球筋肉比较劳累,”于是就感到那儿的天空较远。天顶上却不同,一望上去,决没有什么滞碍的物体,眼球的运动很舒适,就觉得天空的近。因为觉得地平线上的天空远,也就觉得那儿的太阳远,因为天顶上的天空近,所以那儿的太阳看起来也很近,这种现象,只要稍稍注意的人,都能知道的。

其次,再研究一下物体与眼睛的关系。一件物体映人眼睛里来,对于眼睛常形成一定的“视角”,所谓视角,就是假设从物体的顶点和脚点各引一条线到眼睛上,其中间所成的角度。同一样东西,放近了,视角便加大,离远了,视角便缩小。同时,大的东西,如果隔得远,它的视角也许会比近处的小东西来得更小。例如一只手掌,不过五寸,一个人,也许长到五尺,倘若这十倍长的人站在二丈以外的远处,那我就可在离一尺的地方用一只小小的手掌将那人全部遮着,使眼睛完全看不见他。这就因为一尺以内的手掌,它的视角比二丈以外的人来得大的缘故。但现在我们就发现眼睛的一个特性:手掌虽然能够遮了人,眼睛却决不会误认手掌比人大。这是一种很重要辨别能力。一件大的东西,只要我们知道它离得远,即使视角很小,我们仍能辨别出它的大。反之,我们觉得近的东西,即使视角很大,也能辨别其小。这能力,对于我们的生活是很重要的。它能指示我们日常事物真实的人小,没有它,我们会把摩天楼看成玩具,岂不要到处碰钉子?但我们要晓得,这辨别能力只在日常的小事物里才有效果,应用到广大的天空上去,结果便完全相反了。数量的增大会引起性质的突变,在地上可以认识真理的这同样的眼睛,在天空中却使我们发生错觉。

早晚的太阳和中午的太阳,与地球的距离是相差无几的。视角也几乎完全是一样。因此在望远镜中看起来是一样大小,但肉眼的辨别力却来捣乱。它说:天顶上的太阳,是比较近的,所以视角虽然与地平线上的一样,而面积却应该小一点。反之,地平线上的太阳比较远,所以应该是大的。我们的脑髓素来只知道听从肉眼的判别,所以就真觉得两处的太阳大不相同了。

在封建社会里,人类对于自然界的知识完全依赖着表面现象的观察,因此被自己的眼睛骗了几千年,无法解答那传说里的疑问。遇到了科学,疑团是这样轻便地就消释了;倘若有人不相信,还可以做一个更进一步的实验。用一块乳色的玻璃,或较薄的磁片,离眼睛六七寸的地方遮着太阳,太阳的红红的圆形就映在这块玻璃上。这时眼睛就会说,现在太阳更近了,所以它的视角虽然和天上一样,它本身却应该更小一点。细细一看时,果然,这玻璃上的太阳还不到一颗黄豆大!

因为地球自转24小时一周(围绕太阳公转是365天一周),地球自转到中午时恰与太阳(太阳是恒星)接近垂直,两点间距离,垂线最短。所以,中午太阳与地面接近垂直照射,距离最短,所以中午温度高。

而早上,太阳是与地面呈斜射,太阳与地面距离远,所以早上温度低冷。因此人们在感觉上觉得中午太阳离地球更近一些,那是因为太阳光线照射地球的角度不同所引起的人们的误觉

两个说的都不对。
现在我们知道日地距离在一天内的变化是微不足道的。早晨太阳离我们稍远一点,中午稍近一些,两者相差约等于地球半径,仅相当于日地距离的1/2300,这对观察太阳的大小和太阳辐射到地球的热能都不起多大影响。
早晨的太阳看起来大一些,中午的太阳小一些,实际上是一种视觉误差。因为,早晨太阳刚从地平线上升起来时,有山峰、树木等地面物体作对比,太阳就显得大一些;而中午的太阳高悬在空旷的天空,相形之下就显得小一些。实际上用仪器测太阳的视直径,若不考虑地平线上大气折射的影响,早晚都是一样的。
至于地面温度的高低,主要取决于太阳高度角。早晨,太阳斜射,同束阳光照射的面积大,单位面积上得到的太阳辐射少;同时,因为斜射阳光通过大气层的厚度大,大气对太阳辐射的削弱多,再加上夜晚地面辐射散热,日出前后地面热量亏损到极大值,因此,早晨气温低,显得凉爽。而中午呢,一方面太阳高度最大,阳光直射或接近直射,热量集中,另一方面阳光通过大气的厚度小,太阳辐射被削弱得少,再加上地面热量盈余,气温已经升高,因此,中午就热得多。实际上对于每秒30万千米的光速来说,早晨和中午日地距离的微小差别根本不会影响到达地面的太阳辐射的多少。
没有什么时候比什么时候大,其实大小都一样。见到大小也只是幻觉而已。

张衡(公元78~公元139),字平子,南阳西鄂(今河南省南阳县石桥镇人。十七岁时离开家乡,到西汉故都长安及其附近地区考察历史古迹,调查民情风俗和社会经济情况。后来,又到首都洛阳参观太学,求师访友。

汉和帝永元十二年(公元100年),张衡由洛阳回到南阳,担任南阳太守鲍德的主簿。在此期间写了《东京赋》和《西京赋》,一直流传到今天。安帝永初二年(公元108年)鲍德调离南阳后,张衡去职留在家乡,用了三年时间钻研哲学、数学、天文,积累了不少知识,声誉大振。 永初五年他再次到京城,担任郎中与尚书侍郎。元初二年(公元115年)起,曾两度担任太史令,前后凡十四年,在天文学上取得了卓越的成就。

汉朝的时候,关于宇宙结构的理论,主要有三个学派,即:盖天说、浑天说和宣夜说。张衡是浑天说的代表人物。他认为天好象一个鸡蛋壳,地好比鸡蛋黄,天大地小;天地各乘气而立,载水而浮。这个看法虽然也是属于地心体系的范畴,但是在当时却有进步之处:

第一,张衡虽然认为天有一个硬壳,却并不认为硬壳是宇宙的边界,硬壳之外的宇宙在空间和时间上都是无限的。

第二,张衡在《灵宪》这篇著作中,一开头就力图解答天、地的起源和演化问题。他的回答具有朴素的、变化发展的辩证思想因素。他认为天地未分以前,混混沌沌;既分以后,轻者上升为天,重者凝结为地。天为阳气,地为阴气,二气互相作用,创造万物,由地溢出之气为星。

第三,张衡用“近天则迟,远天则速”,即用距离变化来解释行星运行的快慢。近代科学证明,行星运动的快慢是和它同太阳距离的近远相关的。张衡的解释有合理的因素。

张衡不但注意理论研究,而且注重实践,他曾亲自设计和制造了漏水转浑天仪、候风地动仪。候风地动仪制成于顺帝阳嘉元年(公元132年),后者是世界上第一架测验地震的仪器。

浑天仪相当于现在的天球仪,原是西汉时耿寿昌发明的。张衡对它作了改进,用来作为浑天说的演示仪器。他用齿轮系统把浑象和计时漏壶联系起来,漏壶滴水推动浑象均匀地旋转,一天刚好转一周。这样,人在屋子里看浑象,就可以知道哪颗星当时在什么位置上。

张衡还对许多具体的天象做了观察和分析。他统计出中原地区能看到的星数约2,500颗。他基本上掌握了月食的原理。他测出太阳和月亮的角直径是周天的1/736,即29\'24\'\',同太阳和月亮的平均角直径31\'59\'\'.26和31\'5\'\'.2相差不多,可见张衡的测量是相当准确的。

张衡认为,早晚和中午的太阳,其大小是一样的;看起来早晚大,中午小,只是一种光学作用。早晚观测者所处的环境比较暗,由暗视明就显得大,中午时天地同明,看天上的太阳就显得小。好比一团火,夜里看就大,白天看就小。张衡的这种解释是有道理的,但不很全面。到了晋代,束皙才作了比较完善的解释。

张衡的学术成就是多方面的。公元132年,张衡发明了一种测定地震方位的地动仪。地动仪也用铜制成,形状像酒樽,内部中间竖着一根粗大的柱子,柱的周围有8根横杆连接外面。外面有8条龙,龙头朝下,按8个方向排列,龙嘴里各衔着一个小铜球,下面蹲着8只张嘴的蟾蜍。如某一方向发生地震,柱子就会倒向哪个方向的横杆,那个方向的龙嘴就吐出铜球,落到蟾蜍嘴里。这样,人们就可以知道什么方向发生了地震。

公元138年,地动仪准确地预测了发生在陇西的一次地震。张衡发明的地动仪,是世界上第一架测定地震方向的仪器,比欧洲的地震仪要早1700多年。他还发明测定方向的候风仪,制成了当时只是在传说中有过的指南车。

在数学方面,他算出了圆周率比10的平方根3.16多一点。在地理学方面,他绘制有地形图。在文学艺术方面,他是东汉时期有名的文学家,并且还被人列为当时的六大名画家之一。1956年,郭沫若为他题碑文:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见。万祀千龄,令人景仰。”