13.三大假設

有的時候，一些尋常的東西比那些不尋常的東西更難解釋，比如十進制計數法。如果你想解釋它為什么好，你可能無從下手，只有當你將其和七進制以及十二進制的計數法相比時才會體會到它的精妙簡便；在你學習非歐幾里得幾何學時才能理解歐幾里得幾何學的要點；想要理解重力，就需要構思一些不尋常的情況。

我們知道，地軸和地球公轉軌道有66°34′的夾角，然而這樣的情況直接想來是理解不了的，只有將這個夾角想象成90°才能夠理解，就像凡爾納所著《底朝天》中炮兵俱樂部中人們的幻想。那么如此說來，幻想成真后又會如何呢？

假如地球自轉軸和公轉軌道面垂直

如果上邊這個假設成真，地球會發生什么事？

首先小熊座α星，也就是北極星將不再在北極，因為地軸指向變了，不會指向它了，天空將圍繞著另一個點轉動。除此之外一年當中也不再會有四季。

四季的交替因何而起？夏天熱冬天冷的原因何在？這兩個問題非常普遍，但是由于書本上學到的東西本來就少，并且在不學習之后也沒什么空閑去考慮，導致這兩個普遍的問題也很難弄清楚。

由于地軸的傾斜，導致北半球的夏季白天比黑夜長，白天吸收的熱量多，晚上散發的熱量少，并且太陽照射角度更接近垂直，陽光照射更厲害，于是夏天天氣比較熱。同理冬天天氣比較冷，夜晚散熱較多，陽光照射角度小，強度不高。和北半球正相反，南半球的冬季和北半球夏季，以及南半球夏季和北半球冬季情況如出一轍。

于是，當地軸和地球公轉軌道面垂直之后，地球相對于陽光的位置將不再變化，地球上也就不再有四季了，每天都是類似春天（或者秋天）一樣，晝夜長短一致。太陽系中，木星的自轉軸就幾乎和其公轉軌道面垂直，于是木星上大概就是如此現象。

這種情況下，由于熱帶的氣候變化本來就不明顯，導致赤道上的變化并不明顯，相比之下，溫帶和寒帶變化就比較明顯了，溫帶上邊已經說過將不再有四季，而寒帶則是變化巨大。

由于大氣折射，這些地方天空上的星星將升高一些，如圖15。此時太陽將永遠不會落下（本來是一直處在地平線以下或者和地平線相交，但是由于折射導致其一直處于地平線以上的“早晨”的狀態）。于是在經年累月不變的陽光照射下，本來酷寒的極地會因此變得暖和一點。這雖然是個好事，但是并無法彌補其他地方的損失。

假設地球自轉軸和公轉軌道面成45°

這一種情況和第一種又不一樣了。這種情況下，6月22日前后時太陽會直射北緯45°而并非23°26′。于是，北緯45°的地方將會是“熱帶”，位于北緯60°的圣彼得堡也將是熱帶，因為太陽光和地平線夾角達到了75°，已經接近直射了。于是這種情況下，熱帶會直接和寒帶相連，溫帶將不復存在，莫斯科以及哈爾科夫在6月時將迎來極晝，太陽一直掛在天上。而冬天的莫斯科、哈爾科夫以及基輔、波爾塔瓦將迎來極夜。在莫斯科的冬季到來時，原本的熱帶由于午時太陽高度不超過45°，導致變成溫帶。

這種假設下熱帶和溫帶地區損失巨大，而寒帶地區獲得了好處：不再是一成不變的嚴寒，一年中有一半的時間是溫暖如溫帶的“夏季”。

假設地球自轉軸位于公轉軌道面上

此時地球自轉公轉的想象圖如圖16。其實這種假設不是沒有，天王星的運轉方式就和我們假設的一樣。在這種情況下，極地地區的一個晝夜將從1天延長至1年，太陽花費四分之一年從地平線旋轉升起，花費四分之一年從正天頂旋轉下落（旋轉一周的時間是假設之前的1晝夜），直到再也看不到。此時便是長達半年的夜晚。于是，不管極地地區在極夜時積累了多少的冰，在極晝時都將融化殆盡。

北半球的中緯度地區都將是從春天開始白晝變長，之后開始極晝。地區所在位置的緯度決定了春分和白晝之間的間隔時間，比如圣彼得堡，這里的白晝到來日期將是春分（3月21）之后的30天，并且持續時間將是120天。當然，在秋分時開始黑夜將變長，之后便開始極夜。

當然，上邊提到的天王星其自轉軸和公轉軌道面之間夾角僅有8°，可以說它表面上的真實情況其實和我們上述的假設很相符。

于是，在看過了這三個假設后，我們就能夠大致理解地軸傾斜度和氣候之間的關系了。希臘語中，“氣候”一詞有著“傾斜”的意思，可見這也并非完全沒有道理。