自然与人-11.5   地球的各种能量及相互转换的具体表现

李开乐

    摘要：地球在公转的每一时刻都进行着多种能量之间的相互转换。地球从近日点飞向远日点过程中，部分公转动能转换为自转动能和势能，公转速度逐渐减慢。到远日点时公转线速度最小，而自转速度最快，势能也最大。从远日点飞向近日点则相反。

    从表面的显能来说，地球本身应该具有如下四种能量，即公转动能、自转动能、地球相对于太阳的势能、地球本身的热能（与地下核能有联系）。地球的热能除了散失到太空之外，与其它能量之间的转换情况比较复杂，我们在此暂不谈热能的转换，主要先谈谈其它几种能量的相互转换。

    地球现有的公转轨道是椭圆形，太阳位于它的一个焦点上，地球各时刻与太阳的距离都不相同，所以，地球在公转的每一时刻都不停地进行着多种能量之间的相互转换。分析起来，地球距离太阳越远，势能就越大，这与物体离开地面后相对于地面的势能一样。地球在近日点和远日点之间来回旋转，所以它就不仅在公转动能和自转动能之间发生着能量的相互转换，它的势能也参与相互转换。可以推断：地球从近日点飞向远日点的过程中，在不断地把一部分公转动能转换为自转动能的同时，也把一部分公转动能转换为势能，因此，它公转的飞行速度便逐渐减慢下来。到达远日点时公转动能便达到最小值，即公转的线速度最小，而自转的速度却变得最快，势能也最大。从远日点飞向近日点的过程中，能量的转换方向反过来，即势能和自转动能都部分地转换为公转动能。到达近日点时公转的线速度最大，而自转速度最慢，势能也最小。相信通过行家们的计算，不难从数量上去准确地描述上述的不同形式能量的转换关系。

    上面有关的理论分析，完全可以根据天文观测的事实给予证明。根据文献记载，地球一般是1月3、4日到达近日点，7月4、5日到达远日点【12】。同时，从观测也知道地球自转是不均匀的，在3、4月份自转最慢，而8、9月份自转最快【10】（参见图11.5）。

    从这些观测事实和我们的定性推断相比较，可以看出如下两点：

    ⑴ 观测事实是地球每公转一周，其自转的快慢发生着一轮变化，这说明了前面所讲关于地球自转速度变化的结论的客观性，从而也证明了地球自身不同形式的能量在公转过程中不断发生相互转换的客观性。

    ⑵ 地球在3、4月份比较靠近近日点，8、9月份比较靠近远日点，这证明了我们关于地球在近日点时自转速度最慢，在远日点时自转速度最快的定性推断基本符合实际情况。

    但是，从图11.5显见，所观测到的地球自转最快和最慢的位置与定性推断的位置不完全重合，这是为什么呢？回答可以是：这正相类似于地球对太阳的热量收支平衡有着滞后关系的道理一样。地球对太阳热量收支平衡的结果，就使得日最高气温出现在下午两点钟而不出现在中午12点钟，或者日最低气温出现在早晨日出后一小时左右而不出现在日出前；地球运转能量的相互转换造成了自转速度的快慢变化也有着滞后的平衡关系，这就使得自转速度的快慢极值也与远、近日点相错开了。

                              

图11.5：地球到达公转轨道不同位置的

        时间及其自转速度的变化情况

参考文献：

【10】《宇宙的秘密》朱志尧编写，辽宁人民出版社，1973年。

   【12】《天文学》Ε.Ф.斯克伏尔错夫著，萧云、康民译， 高等教育出版社，1955年。