地球上为什么会出现四季交替现象地球上会出现四季交替现象的原因是什么

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说明:本文90％以上内容来源于美国科普作家菲利普.普莱的科普书《这才是天文学》。
四季变换或许是天文学对我们的生活产生影响最明显的例子，这个星球的大多数地方都是夏暖冬凉。
图片来源于网络
一、地球与太阳距离的远近变化是出现四季交替现象的主要原因吗？毫无疑问，最显而易见的解释就是地球与太阳之间的距离变化。你距离热源更近时就会感觉到更热，这是一种常识。另外一个常识就是，太阳是所有热源中最大的。只要在炎炎夏日走过树荫下，你就会相信这一点。所以如果有人说，地球距离太阳更近时会大幅度升温。距离太阳更远时则会降温，这话听上去真的是格外有道理。而且。你们在高中科学课上不都学过了嘛:地球围绕太阳运转的轨道是一个椭圆。所以有的时候地球与太阳的距离的确更近，而有的时候与太阳的距离则更远。这个逻辑过程看上去简直必然能推出是地球的椭圆轨道导致了四季。
不幸的是，这个逻辑过程缺少了关键的几环。
没错、地球围绕太阳公转的轨道的确是个椭圆。我们现在清楚地知道了这一点，是通过仔细地测量得出的结论，但是它其实并不是那么明显。数千年以来，人们都以为太阳围绕着地球旋转。1530年，波兰天文学家尼古拉·哥白尼第一次发表了他的“日心说”观点。但问题是，他认为地球(以及所有其他行星)的轨道都是正圆形。他试图用日心说的观点预测天空中行星的位置时，却发现行不通。他不得不来回修改他的模型来使得它符合观测结果，但是这个模型在预测行星位置的时候从来就没有好用过。
哥白尼雕像，图片来源于网络
17世纪初，约翰尼斯·开普勒发现了行星的运行轨道实际上是椭圆形、而不是正圆形。400年过去了，今天的我们依然利用开普勒的发现来预测天空中太阳系行星的位置。我们甚至利用他的发现来计划送往那些行星的空间探测器的飞行路径。想象一下，如果开普勒地下有知，他会是什么反应!(他或许会说:“喂!我可都死了350年啦!你们动作也太慢啦!”)
第谷与开普勒雕像，图片来源于网络
但是，开普勒的椭圆形公转轨道理论也有个弊端，它耍弄我们的常识，导致我们得出一些错误的结论。我们知道包括地球在内的行星沿着椭圆形的轨道围绕太阳运转，所以也知道有的时候我们与太阳的距离更近，而另一些时候则更远。我们还知道距离在我们对温度的感知上起了重要的作用。于是我们就得出了一个相当“有逻辑”的结论，地球上四季的产生是由于我们与太阳之间的距离变化导致的。
地球绕太阳公转椭圆轨道，图片来源于网络
然而，在常识之外，我们还有另外一种可以使用的工具，那就是数学。天文学家真的测量过一年之中地球与太阳之间的距离。将距离变化换算为温度变化所需要的数学并不太难，这通常是天文系本科生的课后作业之一。这里我就不具体展开过程，只是直接告诉你们结论了。令人吃惊的是，一年中地球与太阳之间距离的变化导致地球上的温度变化，在4℃左右。这个数字对于生活在热带的人们来说，可能不算太惊人，毕竟，在热带，一年四季的温度变化都不是很明显。然而对于某些生活在比如缅因州的人们来说，这个结果可能令人惊讶--毕竟这里一年内的温差更接近44℃ 。

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