《大姑说》姜悠

9、歪的

　　小悠：“大姑，快看，下雪了，好大的雪呀！”
　　大姑：“是呀！‘三九四九冰上走’，一年中最冷的时候啊！”
　　小悠：“三九？四九？这好像是顺口溜吧？”
　　大姑：“是呀！我们小时候背的顺口溜，你小时候背过吗？”
　　小悠：“没有。但是听过，因为这顺口溜的名字跟九九乘法口诀表很像，所以就记下了，至于内容还真没仔细记过，它是讲什么的呀？”
　　大姑：“我才三岁！”
　　小悠：“嗯？哦！我来查！查到了！
　　这叫《数九歌》，又称‘冬九九’，是我们民间一种计算天寒到春暖花开日期的方法。一般‘三九、四九’时最冷，是一年中最冷的时段。
　　那我们现在是几九呢？我看一下日历，三九是2024年1月9日，四九是1月18日，五九是1月27日。今天是1月22日，正好是‘四九’期间。
　　数九，从哪天开始数呢？一般是从冬至算起，每九天算一‘九’，依此类推。数九一直数到‘九九’八十一天，‘九尽桃花开’，此时寒气已尽，天气暖和了。
　　大姑，为什么数九是从冬至开始呢？为什么‘九尽’就会‘桃花开’呢？这个口诀有什么神秘力量吗？像‘急急如律令’、‘嘛哩嘛哩哄’那样，咒语一出，天地听令！”
　　大姑：“小悠，九年义务教育没有教会你要用科学的眼光来看问题吗？”
　　小悠：“科学，这是科学？这不是古代流传下来的民间谚语吗？这还是科学？”
　　大姑：“这是经验总结，古人虽然不明白其中的原因，但是现在的我们可以知道了。”
　　小悠：“知道了？哦！我查一查。‘黄赤交角’，‘太阳直射点在地球南北纬23度26分之间往返移动’……我好像学过，但全还给老师了。这资料这么多专业术语，看着就很科学，非常高深的样子——这是我看不懂的样子，鉴定完毕！我记得‘数九歌’是科学就完事了，不为难自己了！”
　　大姑：“这很难理解吗？”
　　小悠：“不难吗？这还不难吗？多复杂呀！”
　　大姑：“那我试着理解一下，你听听我理解的对不对，好吗？”
　　小悠：“啊？您就理解了！”
　　大姑：“既然你不反对，那我就开始说了。我觉得，这话的意思是，这一切都跟太阳有关。
　　我们常说，一年有四季，四季有冷暖，春暖、夏热、秋凉、冬冷。为什么会产生这样的变化呢？为什么春天过后，就是夏天呢？为什么夏天一定会比春天热呢？为什么秋天过后一定是冬天呢？为什么冬天一定比秋天冷呢？为什么冬去春就来呢？为什么冬天过后一定是春天呢？”
　　小悠：“为什么？我想起来了，我记得地球绕太阳跑的圈并不那么圆，而是一个椭圆形，而且太阳并不处在正中心，而是位于该椭圆的一个焦点上，即在中心偏一点的地方，这就造成了地球绕着太阳跑的时候，有时离太阳近一点，有时会离太阳远一点。
　　而太阳是我们地球唯一的热源，就跟我们平时烤火一样，如果一只手离炉子远，一只手离炉子近，哪只手会感觉更暖和一些？当然是离炉子近的那只手。
　　所以地球离太阳近的时候是夏天，离太阳远的时候是冬天，是这个意思吗？”
　　大姑：“恰恰相反，离太阳近的时候，我们是冬天，而离太阳远的时候，我们则是夏天。”
　　小悠：“为什么会这样？”
　　大姑：“我们在北半球，现在是冬天，但南半球的澳大利亚呢？”
　　小悠：“他们家现在23度，而且天气预报告诉我们，未来的三天内，他家的温度将会攀升至37度。妥妥的夏季呀！”
　　大姑：“在同一个地球上的两个国家，有的是冬天，有的是夏天。这是不是说明，我们感受到的四季冷暖并不是由太阳的远近决定决定的呢？”
　　小悠：“为什么会这样？难道是因为我们与太阳的距离太远了，所以稍微远点近点，对地球的影响不大。
　　可是资料上说跟太阳有关，什么‘黄赤交角’。什么‘地球绕太阳公转的黄赤交角约为23度26分’。这都是什么意思呀？”
　　大姑：“你别专注在这些看不懂的地方，试着看一下你能看懂的地方。比如这句：‘真正影响春夏秋冬气温高低的是太阳高低以及日照时长’。这句能看懂吗？”
　　小悠：“能看懂部分，比如日照时长，这个容易理解，太阳照得久，地球获得的热量就越多，就热一点，反之，就少，就冷一点。
　　但是不同季节日照时长为什么会不一样？还有‘太阳高低’是什么意思？太阳还会有高低？不是说与太阳的远近没关系吗？”
　　大姑：“这个高低，是指远近吗？”
　　小悠：“不是吗？哦，查一下，还真不是。
　　太阳高度，实际是指‘太阳高度角’，其实是角度，不是高度。
　　‘太阳高度角是指对地球上的某个地点太阳光入射方向和地平面的夹角。当太阳高度角为90°时，太阳辐射强度最大；太阳斜射地面程度越大（即太阳高度角越小），太阳辐射强度就越小。’
　　我看着，这段话的意思是，同一个地方，当太阳垂直照射的时候，最热；太阳斜着照的时候，就没那么热。
　　我也觉得一天中，中午的太阳最暖和，傍晚夕阳斜照的时候，阳光就没有午间强烈。而且站在阳光下，可以发现中午的时候影子最短，而傍晚的时候影子老长了。
　　意思是了解啦，可垂直照的时候会更暖和，其原理是什么却不太理解。”
　　大姑：“你有手电筒吗？”
　　小悠：“有。”
　　大姑：“你拿它照在墙壁上看看。先垂直照，然后再斜着照。
　　看到了吗？当光线与墙面垂直时，光斑的面积最小，亮度最高。随着光线倾斜度的增加，光斑的面积增大，亮度降低。
　　把你桌上的那个装饰用的小圆球拿过来，挂在墙上，用手电筒垂直照，让小球全部被笼罩在光斑中，再让手电筒倾斜。把手电筒的光想像成太阳光，小球想像成地球，你能理解了吗？”
　　小悠：“同样的一束光，垂直照的时候光更集中，而斜照的时候，会分散在更大范围的面积上。
　　所以当太阳斜照的时候，更多的光都照到了地球之外的虚空中，没有被地球吸收到。因此垂直照的时候，地球能分到更多的光能，也就更热一些。
　　但太阳光照地球，为什么有时候是垂直的，有时是斜的呢？
　　是因为太阳东升西落吗？可是冬天跟夏天一样，也有中午呀，为什么冬天就比夏天冷呢？夏天跟冬天一样，也有傍晚呀，为什么夏天就比冬天热呢？
　　大姑：“那你有没有注意到，同样是正午12点的影子，冬天的要比夏天的长呢？”
　　小悠：“是呀！哦！这说明夏天的阳光比冬天的阳光要更垂直于地面一些，为什么会这样呢？”
　　大姑：“这就要你仔细看一下‘黄赤交角’了。”
　　小悠：“黄赤交角是指‘地球公转轨道面（黄道面）与赤道面（天赤道面）的交角，也被称为太阳赤纬角或黄赤大距’——这段话有点抽象！”
　　大姑：“旁边不是画了图吗？你看下图片是不是更容易理解了？”
　　小悠：“哦，图片比文字好理解多了，懂了，原来地球是歪着转圈的。”
　　大姑：“地球绕太阳转圈，沿着它的轨迹可以画出一个椭圆形，这个圆所在的面就叫‘黄道面’。假设这个圆就画在我们的桌面上，那我们的桌子就是黄道面。我们再在圆的中间摆个茶杯当太阳，然后，等等，你把糖葫芦赶紧啃几口，只留下一颗山楂就可以了。
　　地球自转，就像陀螺一样，是有一根转轴的，只不过陀螺的轴能看得见，但地球的看不见。
　　假设这颗山楂就是地球，那么穿着它的竹签就是转轴。
　　如果地球没有歪着转，就是糖葫芦的竹签垂直立在桌面上，但它歪了，我们先让竹签尖的一头朝圆心歪一点，然后地球就是这样在太空中像陀螺一样自己转。
　　而且，太阳离我们太远了，所以从太阳到地球的光，可以视为一道平行光，与哪里平行呢？也就是桌面。
　　地球上受到太阳垂直光照的是哪里呢？再拿一枝笔，让这根笔垂直于桌面，跟山楂靠近，与山楂挨着的这点，是不是就是垂直光照点呢？”
　　小悠：“等一下，我再仔细看一下，与太阳光垂直，就是与桌面垂直，哦，懂了！”
　　大姑：“然后你让山楂球绕茶杯转一圈，观察笔与山楂的接触位置会有什么变化？”
　　小悠：“没有变化呀？”
　　大姑：“你的竹签不能摆来摆去哦，它歪的方向是不变的，因此，竹签沿着轨道走的时候，它的尖端在轨道的这边是朝向圆心，转到轨道另一边就是朝向圆外了！”
　　小悠：“还是没有变化呀！”
　　大姑：“你的笔虽然要一直与桌面保持垂直，但并不是不运动的呀！它应该在太阳光来的那一侧，也就是始终处于茶杯和山楂中间，不是吗？”
　　小悠：“对呦，应该在桌上画的这个大圆圈内，圈的外面没有阳光。看到变化了，这个接触点会在山楂球的上下移动。”
　　大姑：“这就是资料中所说的‘太阳直射点在地球南北纬23度26分之间往返移动’，理解了吗？”
　　小悠：“明白了。但资料上说的是‘黄赤交角’，黄道面与赤道面的交角，没提到地球转轴呀！”
　　大姑：“你看下什么是赤道面。”
　　小悠：“好的。赤道面是地球赤道所在的平面。
　　而赤道，则是沿地球表面与地轴垂直的一条假想大圆圈，将地球划分为南北半球。
　　哦，我懂了，就是垂直于竹签，在山楂上来一刀，把山楂球切成两半，这个刀缝，就是赤道，而这两半山楂，就是南北半球。
　　而太阳直射点就是随着地球公转时，在南北半球间移动，所以南北半球的季节相反，也正因此，当处于北半球的我国处于冬季时，南北球的澳大利亚则是夏季。
　　赤道与地轴垂直，所以如果地轴不歪，即竹签与桌面垂直，这时候赤道与桌面是平行的，也就是黄赤交角为0度。然后‘地轴’歪了，赤道也随着地轴倾斜了，与桌面也就不平行了，有了夹角，哦，这个夹角这就是‘黄赤交角’，这个角的大小跟地轴与桌面的夹角一样大。
　　太阳高度角对季节的影响，我已经基本理解了，但不同的季节为什么日照时长不一样呢？为什么夏天日长夜短，冬天夜长日短？地球自转的速度不也是不变的吗？这样的话，夏天和冬□□向太阳的时间应该也是一样的呀？”
　　大姑：“还是因为地球是‘歪’的。你看一下这边上的图片。”
　　小悠：“哦，直射点所在的那个半球，被太阳光笼罩的范围更大，另一个半球被光笼罩的范围则相对较小。所以虽然地球转速一样，但因为光照范围的变化，即速度一样，但奔跑的距离不一样，所以用时也就不一样。直射点所在的那个半球的‘白天’要走的路就更长，用时也就更长。这就导致白天的时长会有不同。”
　　大姑：“现在请把前面查到的资料梳理一下。”
　　小悠：“好的。季节是地球冷暖的反映，而地球的冷暖，主要受到太阳光照的影响，而影响光照的因素有三个：一是光源距离，二是光照角度，三是光照时长。
　　因为地球与太阳的距离太过遥远，所以虽然距离有影响，但影响不大，足可以被后两个因素所抵消，所以可以不予考虑。
　　因此，影响四季变换的，主要是后面两个因素，即：照射角度和日照时长。
　　这后两个因素产生的原因都是因为地球的自转平面与公转轨道面有交角，也就是地轴是歪的。所以四季的变换，是因为地球绕太阳歪着转圈产生的。”
　　大姑：“地球绕太阳歪着转圈，会有哪些变量呢？”
　　小悠：“变量？地球绕太阳转一圈大约是365天；地球自转一圈大约是24小时，而‘黄赤交角’约为23度26分。
　　虽然这些数值会有变化，但变化很小，以一天的24小时的时长变化为例：现在地球自转一圈耗时23小时56分4秒，约每隔10年自转周期会增加或者减少千分之三至千分之四秒。这种增减要两三百年的累加，才会产生1秒的变化。我们常说上下五千年，按照这比例换算，也就是说整个五千年历史，这种变化只有15至20秒左右，这对于漫长的历史来说，是一个几乎可以忽略不计的变化。所以我觉得这些数值可以视为是不变的，也可能说是没有变量！”
　　大姑：“那么是不是可以说，地球四季交替的外在因素基本是不变的呢？”
　　小悠：“是的！哦！因为这些因素基本不变，所以四季的轮换交替也是不变的，所以这就是‘数九歌’能精准预言‘九尽桃花开’的奥秘所在。
　　至于有些年份会出现暖冬这种反常现象，那是地球自身因素如大气、海洋的扰动所致，但这些因素根本无法抗衡太阳对地球的影响，四季仍会在太阳的主宰下流转——‘天意不可违’！”