地球自转与时间计算

【高中地理复习】关于地球自转与时间计算的思考----------

“奇妙”的地球自转

一、麦哲伦的日志怎么“少”了一天？

1519年麦哲伦船队向西作环球航行，于1522年完成环球航行一周回到西班牙时，当地的日历上是9月8日，而水手们每天记录的航海日记上却是9月7日。怎么会丢失一天呢？

要弄懂这个问题，首先明白何为“一天”？

古时人们没有精确计时的工具，也并没有一天24小时的概念，只是把经历太阳升起—落下—再升起这样一个轮回（即1白天+1夜晚），叫做一天，即一个自然日。

那么，不管这个人生活在地球的什么地方，只要太阳处于他的正顶上，都应该是正午，即12:00，晚上最暗的时刻，应是子夜24:00。如果他的白天黑夜刚好一样长，那太阳升起的时刻，就应该是早上6:00，刚落下的时刻，就是晚上18:00。

可是，当位于本初子午线上的伦敦处在太阳当顶的正午12:00的时候，位于西半球的圣地亚哥其实天才刚亮不久，对那里的人们来讲，时间才是早上7:00；而东半球的北京太阳已下山近2小时了，那里的人们已准备上床休息了。正是这种阳光照射的差异，导致了生活在不同地域的人们时差的变化（见附图1）。

人们把地球经线分成360°后，发现不同地方所处的经线如果相差1°，他们的时差就会有4′钟，如果相差15°，时差就正好为1小时。而且东边的时间早，西北的时间迟。所以，人们为了计时的统一方便，就把地球分为24个时区，每个时区15°。

所以，人们只要从东向西移动一个时区，不管他花了多长时间，按道理他的时间就要往回调一个小时，因为这相当于他沿着地球表面反转了15°，太阳相对于他而言也就退回了一个小时的时程，这样他的时间就会比呆在原地没动的人们慢一个小时。而麦哲伦航行方向是向西穿越大西洋，再向西穿过太平洋、印度洋返回欧洲，正好绕地球一圈，所以他的时间就会比别人“少”24小时，正好少了一“天”。

二、奇妙的“时光倒流”和“时间停止”现象

1、假设某人从某月3号的早晨8:00出发，沿纬线自东向西移动，即逆地球自转方向，将会：

①、如果他足够快，正好12小时跑半个地球，则他会发现，时间对他好像停止了，太阳位置没有动，时间也没有变，他到达的时间还是当天早晨8:00（时区不同而已）（注：如果没跨过日期变更线，则为3号当天时间；如果跨过了日期变更线，则要人为将时间往前赶1天，改成4号早晨），而且，对他而言，太阳始终刚刚升起，会处在东方地平线上方一动不动。

②、如果他花了16小时跑半个地球，则会发现时间好像过得很慢，到达的时间将是12:00（注：时区不同，且也存在日期是否变更的问题），而且，太阳似乎走得也很慢，好像只走了4个小时，处在它平时12:00所处的位置。

③、如果他只花8小时就跑了半个地球，则会发现，出现了“时光倒流”的奇迹，到达的时间将会是凌晨4:00（情况同②），而且，他会发现已经升起的太阳，又慢慢落回去了，回到了原先凌晨4:00时的状况，漆黑一团。

2、假设某人同样从早晨8:00出发，但沿纬线自西向东移动，即顺着地球自转方向，将会：

①、如果他足够快，正好12小时跑半个地球。他会发现时间过得很快（比平时正好快了一倍），他到达的时间已是次日早晨8:00（此时所处的时区已不同）（注：如果没跨过日期变更线，则为4号早晨；如果跨过了日期变更线，则要人为将时间往回赶1天，与他实际过了1天相抵（相对太阳来讲他正好跑了1整圈），这样到达时间正好是3号当天早晨，原理如图），而且，虽然只有短短的12个小时，但对他而言，太阳也经历了一个升起落下又升起的完整过程，让他感觉确确实实过了一整天。

②、如果他花了16小时才跑半个地球，会发现时间过得较快（小于正常的2倍），到达的时间将是次日12:00（注：时区不同，且也存在日期是否变更的问题），太阳也走得较快，已落下升起后，又走到了它平时12:00所处的位置。

③、如果他只花8小时就跑了半个地球，会发现时间在飞驰，到达的时间已是次日凌晨4:00（情况同上），而且太阳跑得也飞快，转眼就落下去了。

3、问题总结：

①、自东向西，逆着自转方向走，即追着太阳跑，太阳跑得慢，时间过得慢；反之，自西向东，顺着自转方向走，即逆着太阳跑，太阳跑的就快，时间就会过得快。而且，运动速度越快，越明显。

②、计算公式：

d T ：抵达时间； c T ：出发时间； T ：走了多长时间，是时间段，用小时表示；

z V 、r V 分别为地球自转和人运动的速度，都用每小时多少圈表示，故241=z V 。 若自东向西，则： T V V T T r z c d ??-+=24)( ①

若自西向东，则： T V V T T r z c d ??++=24)( ②

【例】如：第1的第③种情况，假设某人只走了5个小时，则由①式可得

25.925.18524961

8524)361

241(8=+=??+=??-+=d T

即：他在当时当地的时间应该为09:15（注：15分=0.25小时×60分/小时）。

又如：第2的第③种情况，假设某人只走了2小时，则由②式可得

1358224485

8224)161

241(8=+=??+=??++=d T

即：他在当时当地的时间应该为13:00。

③、跨过日期变更线，时间不变日期变。自东向西跨过日期变更线，日期要人为加一天；自西向东跨过日期变更线，日期要人为减一天。

4、相向行问题

如果甲、乙两人于3日早8:00从M 同时出发，甲自东向西，乙自西向东，都以12小时绕地球半圈的速度沿纬线背向而行，则12小时后他们将在N 相遇。由于他们二人中必有一人跨过日期变更线，故分两种情况：

①、若甲跨过了日期变更线，甲虽然12小时都是白天，时间也一直是8:00，太阳也没动，但日期人为赶为了次日；乙则扎扎实实经历了“一天”，时间也是次日。故他们将在次日8:00相遇。所以，虽然他们实际上都只过了12小时（半天），但从理论上来讲，他们已过了一天。而且，乙真真实实感觉到过了一天，甲却什么也没感觉到，所以乙比甲多过一天。

②、若乙跨过了日期变更线，甲白过了12小时，日期仍是3日，时间也仍是8:00，太阳也一直在那儿没动；乙本来经历了“一天”，但由于跨过了日期变更线，所以要将日期退一天，结果也是“当天”到达。故他们将在3日8:00汇合。所以，从理论上来讲，虽然他们都已过了12小时，但他们的人生其实一分钟也没过。而且，对甲而言，时间是“停止”的，确是没过；乙则经历了白天黑夜的完整一天，但这一天是白过，所以乙还是比甲多过一天。