熱知識：地球自轉的趣事

因為你跟著地球一起在轉，所以你並不能感覺出來地球的自轉。

就像你在副駕駛上，如果窗外的參照物被遮擋，你也不會感覺到你在移動（車子不剎車）：

圖片摘自inside a speeding car

不過這是否就意味著我們無法觀測到地球的自轉呢？不是的，我這裡介紹兩個有趣的現象：

1.傅科擺（Foucault pendulum）

1851年2月，法國物理學家Foucault在巴黎天文檯子午儀室公開展示他的Foucault pendulum（傅科擺），幾周之後，他就在巴黎先賢祠的拱頂下作了這個有名的單擺實驗，我直接引用wiki的介紹：

他在巴黎先賢祠的拱頂下以67米長的鋼索懸掛著一顆28公斤重的鉛錘。這個單擺的擺動平面以每小時順時針方向11°，以32.7小時環繞一圈。1855年，這個單擺被移到國立巴黎工藝技術學院的國立工藝博物館。

引自Foucault pendulum

這就是先賢祠的傅科擺：

圖片摘自Foucault pendulum

傅科擺的簡單原理就是基於地球的自轉現象：如果把傅科擺放在南北極，那麼擺子的振動平面相對於恆星（太陽）不變，如果把傅科擺放在赤道，則擺子的振動平面相對於地球保持不變。這裡沒辦法傳擺動圖，我給個鏈接：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%85%E7%A7%91%E6%91%86#/media/File:Foucault-rotz.gif

為防止有的同學無法觀看，再補一個連環畫的形式：

在上面這幅圖中，地球的自轉速度被人為的加快好讓大家看到明顯的變化。

1到6的模擬圖是基於巴黎先賢祠（北緯48°52）的傅科擺測量，綠色的圖案是擺錘在地面上的移動軌跡，藍色圖案則顯示單擺的擺動平面在轉動的參考座標系的移動路徑。

在不同的緯度上，單擺的擺動平面相對於地球逐漸旋轉，其角速度α（每恆星日以順時針方向旋轉的角度）是正比於緯度φ的正弦值：

2.熱帶氣旋

熱帶氣旋是科里奧利力（Coriolis Force）作用的一個結果，什麼是科里奧利力呢？如下：

科里奧利力是對旋轉體系中進行直線運動的質點由於慣性相對於旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。此現象由法國著名數學家兼物理學家古斯塔夫?科里奧利發現，因而得名；同時由於這種力在地球自轉下產生，因此又稱為「地轉偏向力」。

引自Coriolis force

舉個例子，當孩子在轉盤上玩耍的時候，其中一個孩子把球推向正對面的那個孩子，會發生這樣的狀況：

正是因為地球自轉所帶來的科里奧利效應以及角動量守恆原理：

圖片來自Coriolis effect

使得熱帶氣旋的雲系圍繞著中心旋轉。熱帶氣旋在北半球基本沿逆時針方向旋轉，在南半球則常以順時針旋轉。所以，熱帶氣旋可以被視為由地球的自轉和引力支持的一個巨型的熱力發動機。

引自Tropical cyclone

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另外，你可能會覺得，為什麼地球在自轉，可是天上的星星或者太陽都不怎麼移動呢？

原因是，如果一個東西離你越遠，那麼這個東西，相對於更近的物體，就需要運動更長的距離來覆蓋相同的視線夾角。也就是說，當你抬頭後，在你的視線里，一個物體的角速度如果越小，那麼它看上去就要「顯得」運動更慢：

人眼的視角大約是160度，一輛高速上飛馳的特斯拉可能1到2秒就跑出了你的視野；一架波音客機可能需要1到3分鐘覆蓋你的視角；天空中的星星需要的時間基於地球的自轉角速度（360°/24h=15°/h）來計算就是：T=160/15=10h40m,10小時40分鐘左右。

如果你不夠耐心的話，很有可能就會認為天上的物體是「固定的」。
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