1、地球沿著橢圓形軌道繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn),這個(gè)橢圓形軌道可能很“圓”,也可能很“扁”,這或“圓”或“扁”的程度用偏心率е來(lái)表示。
2、е介于0和1之間,е越小說(shuō)明軌道越“圓”,е越大說(shuō)明軌道越“扁”。
(資料圖片僅供參考)
3、е=0表示軌道是正圓,е=1則表示軌道無(wú)限“扁”,成了一條直線。
4、實(shí)際上地球公轉(zhuǎn)軌道一般是接近正圓而稍稍有點(diǎn)“扁”,所以е的值一般是接近于0的一個(gè)很小的數(shù)。
5、目前地球公轉(zhuǎn)軌道的偏心率е=0.0167。
6、偏心率е的變化周期約為10萬(wàn)年左右。
7、地球一方面沿著自轉(zhuǎn)軸(或叫地軸)自轉(zhuǎn),另一方面又圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。
8、地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道所形成的平面叫做黃道面。
9、地球在自轉(zhuǎn)的過(guò)程中,自轉(zhuǎn)軸有可能“立”在黃道面上,即垂直于黃道面;也有可能“躺”在黃道面上,即自轉(zhuǎn)軸與黃道面的夾角為0度;但更多的時(shí)候是“斜插”在黃道面上,即地軸與黃道面的夾角介于0°~90°之間。
10、地軸相對(duì)于黃道面傾斜的程度通常用“黃道傾斜”來(lái)表示。
11、當(dāng)然,黃道傾斜不是用地軸與黃道面的夾角表示的,而是用地球的赤道面與黃道面的夾角表示的,所以又叫“黃赤交爭(zhēng)”(ε)。
12、赤道面垂直于地軸,所以地軸與黃道面的夾角和黃赤交角ε是互補(bǔ)的,即兩者之和等于90°。
13、如現(xiàn)在的黃赤交角ε=23°7′,,則地軸與黃道面的夾角為66°33′。
14、黃赤交角的變化周期大約是4.1萬(wàn)年。
15、地球的自轉(zhuǎn)軸在地球中的位置也不是固定不變的,由于受到太陽(yáng)、月亮和其他天體的引力作用,地軸的位置也不斷地發(fā)生移動(dòng),這種移動(dòng)不是平行移動(dòng),而是繞著某根軸(黃極)的“搖頭運(yùn)動(dòng)。
16、”這樣,相應(yīng)的赤道面、黃道面也緩緩地移動(dòng),其結(jié)果使得地球軌道上的季節(jié)位置不斷前移,這就是“歲差”(ρ)。
17、歲差運(yùn)動(dòng)使地球的北極指向發(fā)生變化,目前是指向北極星(小熊座α),而2000年后將指向仙王座γ。
18、歲差的周期大約是2.1萬(wàn)年。
19、偏心率(е)、黃赤交角(ε)和歲差(ρ)合起來(lái)成為地球軌道三要素。
20、在20世紀(jì)初,天文界已經(jīng)掌握了地球軌道三要素在過(guò)去60萬(wàn)年內(nèi)變動(dòng)的規(guī)律。
21、米蘭柯維奇就想:如果算出地球在過(guò)去60萬(wàn)年里,由于地球軌道三要素變化導(dǎo)致的地球接受太陽(yáng)輻射量的變化,再把這個(gè)變化與這60萬(wàn)年內(nèi)的氣候變化相比較,結(jié)果如何呢?如果兩者有某種相似之處,就說(shuō)明地球氣候的變化與軌道要素變化有關(guān)。
22、于是他開(kāi)始做這項(xiàng)艱苦的工作。
23、他首先把一年分成夏半年(從春分到秋分)和冬半年(從秋分到次年的春分)。
24、當(dāng)然,米蘭柯維奇所講的冬、夏都是以北半球?yàn)闇?zhǔn)的。
25、實(shí)際上北半球與南半球的季節(jié)正好相反:當(dāng)北半球的中國(guó)等地處于寒冷的冬季時(shí),南半球的澳大利亞等地恰好是炎熱的夏季。
26、因此,這里所說(shuō)的夏半年實(shí)際上包括北半球的夏半年和南半球的冬半年;而這里所說(shuō)的冬半年則包括北半球的冬半年和南半球的夏半年。
27、米蘭柯維奇以當(dāng)時(shí)天文界所掌握的地球軌道三要素在過(guò)去60萬(wàn)年的變動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ),推出了一系列計(jì)算太陽(yáng)輻射量的數(shù)學(xué)公式,在沒(méi)有電子計(jì)算機(jī)的困難條件下,他花了整整20年功夫,終于成功地算出了過(guò)去60萬(wàn)年內(nèi),不同緯度地區(qū),由于地球軌道三要素的變動(dòng)所引起的天文輻射夏半年和冬半年總量的變化曲線。
28、這里,所謂天文輻射是指太陽(yáng)投射到大氣圈上界的輻射量。
29、米蘭柯維奇把太陽(yáng)輻射量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度的變化;然后他又把太陽(yáng)輻射量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的緯度的變化。
30、這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程。
31、于是,在米蘭柯維奇面前呈現(xiàn)著兩種來(lái)源完全不同的資料:一方面,地球軌道三要素的變動(dòng)是自然的,實(shí)實(shí)在在的。
32、人們可以借助有關(guān)儀器觀測(cè)到這種變動(dòng),也可以通過(guò)天體力學(xué)的公式計(jì)算出這種變動(dòng)。
33、而現(xiàn)在,米蘭柯維奇又把這種變動(dòng)所引起的全球各地冬、夏半年的太陽(yáng)輻射量的變化計(jì)算出來(lái)了。
34、應(yīng)該說(shuō),這個(gè)變化也是客觀存在的事實(shí)。
35、另一方面,由彭克等地質(zhì)學(xué)家所提供的第四紀(jì)氣候變遷的經(jīng)典模式也是實(shí)實(shí)在在的、證據(jù)充分,因?yàn)檫@些資料也不是人們憑空捏造的。
36、米蘭柯維奇把兩者的曲線進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)兩者具有某些相似性。
37、于是,米蘭柯維奇確信:第四紀(jì)氣候變遷的原因是地球接受的太陽(yáng)輻射量變化的結(jié)果,而太陽(yáng)輻射量的變化又是由地球軌道三要素變動(dòng)所引起的。
38、這就是著名的“米蘭柯維奇理論”,簡(jiǎn)稱(chēng)“米氏理論”。
39、這一理論實(shí)際上是后來(lái)蓬勃發(fā)展的天文氣候?qū)W的雛形。
40、米蘭柯維奇能創(chuàng)造這一理論不是偶然的。
41、他學(xué)識(shí)非常淵博,對(duì)氣候?qū)W、數(shù)學(xué)、天文學(xué)和第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)都相當(dāng)精通,所以能集古今之大成,在科學(xué)的發(fā)展道路上開(kāi)辟新的紀(jì)元。
42、當(dāng)米氏理論被廣泛承認(rèn)的時(shí)候,一個(gè)問(wèn)題也接踵而至。
43、米蘭柯維奇等科學(xué)家的計(jì)算(包括當(dāng)代用計(jì)算機(jī)計(jì)算的最精確的結(jié)果)表明,太陽(yáng)輻射量的變化是冬、夏恰好相反的,北半球和南半球也恰好相反。
44、換句話(huà)說(shuō),當(dāng)北半球的冬半年的太陽(yáng)輻射量增加時(shí),與此同時(shí)北半球的夏半年的太陽(yáng)輻射量便減少。
45、反過(guò)來(lái)也是這樣。
46、按照傳統(tǒng)觀點(diǎn),如果地球表層所獲得的太陽(yáng)輻射量增多,那么地球表面的溫度便相應(yīng)地上升;反之亦然。
47、這似乎是順理成章的事。
48、既然科學(xué)家計(jì)算出冬、夏半年的太陽(yáng)輻射量的變化是相反的,那么,冬、夏半年的溫度變化也應(yīng)該是相反的。
49、也就是說(shuō),當(dāng)冬季增溫時(shí),夏季應(yīng)該降溫;而冬季降溫時(shí),夏季應(yīng)該增溫。
50、可是,地質(zhì)學(xué)家所揭示的事實(shí)卻不是這樣的。
51、1981年,我國(guó)科學(xué)家徐欽琦把過(guò)去13萬(wàn)年內(nèi)各地的氧同位素匯集在一起,它們清楚地表明:氣候變遷是全球性的,冬、夏溫度的變化方向和變化模式是大體相似的。
52、即當(dāng)冬季變冷時(shí),夏季也變涼,而當(dāng)冬季變暖時(shí),夏季則變得更熱了。
53、而且,冬、夏溫度變化的幅度也相當(dāng)接近。
54、其他科學(xué)家的研究也說(shuō)明了這一點(diǎn)。
55、這究竟是怎么一回事?國(guó)外有科學(xué)家稱(chēng)之為“地質(zhì)證據(jù)與理論的明顯沖突”,而徐欽琦稱(chēng)它為“事實(shí)對(duì)傳統(tǒng)觀點(diǎn)的挑戰(zhàn)”。
56、于是,徐欽琦經(jīng)過(guò)反復(fù)研究,總結(jié)出天文氣候?qū)W的兩個(gè)定律:當(dāng)北半球冬半年的全球各地太陽(yáng)輻射量的平均偏離量減少時(shí),全世界的冬季溫度便隨之下降;反之亦然。
57、這是天文氣候?qū)W第一定律。
58、當(dāng)北半球夏半年的全球各地太陽(yáng)輻射量的平均偏離量增多時(shí),全世界的夏季溫度不僅沒(méi)有增高,反而降低了;反之亦然。
59、這是天文氣候?qū)W第二定律。
60、有了天文氣候?qū)W兩定律,許多以前難以解釋的現(xiàn)象就迎刃而解了。
61、天文氣候?qū)W第一定律告訴我們,地球北半球的冬半年所接收的太陽(yáng)輻射量的變化與氣溫成正比。
62、倒數(shù)第三次冰期特別冷,冰川范圍也特別廣,為什么?天文學(xué)家的計(jì)算表明,這期間北半球冬半年的太陽(yáng)輻射量達(dá)到了比較突出的小值階段。
63、在“北京人”生活的那個(gè)階段,溫暖期和寒冷期為什么都不那么突出呢?計(jì)算結(jié)果很清楚地表明,這期間北半球冬半年的太陽(yáng)輻射量既沒(méi)有突出的大值階段,也沒(méi)有突出的小值階段的,所以那幾個(gè)階段氣候既不十分炎熱,也不十分寒冷。
64、米蘭柯維奇理論加上天文氣候?qū)W兩定律,對(duì)于解釋最近100萬(wàn)年內(nèi)的氣候變遷是非常成功的。
65、可再往前推,要解釋300萬(wàn)年、500萬(wàn)年乃至6000萬(wàn)年甚至數(shù)億年前的氣候變遷,就無(wú)能為力了。
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