如何证明地球在自转？

科学大院

2024-08-25

The following article is from 中科院地质地球所 Author 鹿跳跳啊

文章来源：中科院地质地球所

我们不借助“高科技”并只在近地表的情况下，如何证明地球在自转呢？

中国人民的领袖，马克思主义者，伟大的无产阶级革命家、战略家和理论家，中国共产党、中国人民解放军和中华人民共和国的主要缔造者和领导人，诗人，书法家毛泽东同志，有一句诗云：

坐地日行八万里，巡天遥看一千河。

这句诗的意思是，人们住在地球上，因地球自转，于不知不觉中，一日已行了八万里路。

地球直径约一万二千五百公里，以圆周率三点一四一六乘之，得约四万公里，即八万华里，这是地球的自转（即一天时间）里程。

地球在宇宙的天际运行，人坐在地球上放眼天外，等于巡视宇宙，可以看到无数像银河那样的星系。真是霸气外露而又充满科学道理。

那么，古人是如何知道地球在自转呢？

古人认为太阳东升西落的原因是太阳、月亮、星星都在围绕地球转动，即“地心说”。

16世纪时，“太阳中心说”的创始人哥白尼曾依据相对运动原理提出了地球自转的理论。可从他提出这一理论后的相当长一段时间内，这一理论只能停留在让人们从主观上接受的水平。

直到19世纪才被法国的一位名叫傅科的物理学家，用他自己设计的一项实验所证实。

傅科：让我的大铁球来证明！

傅科摆

1851年的某一天，法国物理学家莱昂·傅科邀请各界名流来到法国巴黎先贤祠，他要在这里进行一次公开的科学实验。

先贤祠建成于1790年，里面供奉着法国历史上做出过重大贡献的人物。先贤祠顶部有个中空的穹顶，穹顶距地面将近70米，傅科的实验就在穹顶底下的大厅里进行。

傅科先让人在穹顶上安装了一个钟摆装置，钟摆长67米，垂在下面的摆锤是一个重达28公斤的圆铁球，铁球的下方嵌入了一根尖针，尖针深入到地面上摆放的直径6米的沙盘里。

傅科在法国巴黎万神庙的圆顶上将他亲手制作的傅科摆吊上，让摆在广场上悠然自得地摆动着。这时，成千上万人前来观看这一奇妙的实验。随着时间一分一秒地流逝，他们发现了奇迹，那就是摆在悄悄地发生着“移动”，并且是沿顺时针方向发生旋转。

有的人在摆动开始时，明明看到摆球运动到自己眼前，又荡了回去，可经过一段时间后，摆球竟离自己越来越远。这对于围观的人们来讲，他们通过对现象的观测都得出这样的结论，眼看着自己没有移动，那一定是摆平面发生了“移动”。

所以究竟是怎么回事呢？我们往下看👇

傅科摆的奥秘

其实摆动的平面是不会发生移动的。我们知道作为一种物质运动形式，摆是无法摆脱地球自转的。

傅科选用较长的金属丝，是为了让摆动的时间达到足够的长度，这样便于观察摆动的变化，同时选用较重的摆球，是为了增加摆本身的惯性和动量，以克服空气的阻力，一旦它摆动起来，作为一种运动状态，有滞后于地球自转的惯性，即能够减少地球自转的影响。

知道了这一点，我们就不难分析，由于地球的自转，每一个观测者都被地球带着运动，尽管观测者站在原地没有动，可脚下的地面是动了，也就等于把观测者悄悄地带离了原地。

因此，真正没有移动的是摆动平面。

傅科摆的摆动作为地球自转的有力证据，现已为世界所公认。我国北京天文馆的大厅里就有一个傅科摆，一个金属球在一根系在圆穹顶上的长长细线下来回摆动着。下面是一个刻着度数的像铁锅似的大圆盘，人们可以由此读取摆动平面旋转的度数。

观星

古代人计算时间都是看星星，我们在地球上看到的星星，大多是遥远的恒星散发的光芒，由于距离遥远恒星的位置几乎都是固定的，但是我们在晚上不同时段看同一颗星星，会发现星星的位置有所移动，既然星星位置恒定，那么在运动的只能是地球本身。

另外，在地球上可以观察到星体的移动痕迹。在晴朗的时候，可以找到一个空旷的地方，晚上拿着手机打开摄像头慢慢旋转，可以观察到行星在向西偏移。其实这并不是行星在偏移，而是地球在自西向东的运转，我们在地球上是不动的，但地球是动的，所以就形成了这样的星图轨迹。

炮弹法

地球时刻不停地在自转，地面上水平运动的物体，必然相对地发生持续的右偏（北半球）或左偏（南半球）。因此我们只需要在大于等于两次地向不在同一直线上的方向（这样是为了避免与地球转动方向重合而观测不到偏移的现象）抛射炮弹，假设炮弹能飞的足够远，我们就能很明显看到炮弹的水平轨迹与炮筒不在同一个方向。

深井法

与炮弹法类似的道理，假设有一口足够深的垂直井，从洞口垂直向下抛射一个物体（避免碰到洞壁），地球时刻不停自转，由于自转速度随高度而增加，物体自高处下落的过程中，必然具有较高的向东的自转速度，而必然坠落在偏东的地点。为了证实这一点，有人曾在很深的矿井中进行试验。试验结果是：自井口中心下落的物体，总在一定的深度同矿井东壁相撞，从另一个侧面证实了地球的自转运动。当然，这种现象在地理两极观测不到。

重力测量法

地球在时刻不停地自转，由于惯性离心力的作用，地面的重力加速度是赤道最小，两极最大；地球不是正球体，而是赤道略鼓，两极略扁的旋转椭球体。重力测量和弧度测量的结果，证实了这些观点的正确性，也就从一个侧面证实了地球的自转。

牙签法

先用一只脸盆装满水，放在水平且不易振动的地方，待水静止后，轻轻放下一根木质细牙签，并在牙签的一端做一个记号，记住牙签的位置，过几个小时后，再去看时你就会发现，牙签已经转动了一定角度，看起来好像是牙签在转动，其实它并没有转动，而是地球在转动。在北半球，牙签作顺时针转动，因为地球自转在北半球看起来是逆时针方向的，南半球则与北半球相反。

旋涡法

不管是浴室还是水库放水的时候，水涡是会旋转出现的。这其实就是因为地球自转形成了偏向力，也就是向心力，一般情况下北半球为逆时针旋转，南半球为顺时针旋转。

台风和飓风的旋转方向也是一样的，从卫星云图上，会发现这些台风和飓风也是呈现旋转现象。通常在南半球为顺时针旋转，北半球为逆时针旋转，这其实就是地球自转产生的偏向力对大气环流的作用导致的。

昼夜交替

黑天白天轮流转换。在我们千万年的文明之中，祖先们将地球自转周期定为了365天，分出来二十四个节气，还制定了春耕，芒种，寒露，霜降等气候，而这一切也是因为地球在绕着太阳旋转而成。在我们的书中，都可以看到地球在转，周围还有其他星球，而地球在自转的同时，受空间引力的影响，一直都在围绕北极星运转。

由此，人们将地球的南北极中间有一根自转轴想象了出来。当地球的北半球靠近太阳时，北半球是白天，南半球是黑夜，当南半球靠近太阳时，南半球是白天，北半球是黑夜。当阳光射在北半球较多的时候，北半球就是夏季，另一边就是冬季；逐渐移动到南半球的过程就是秋天；当阳光射移动到南回归线较多的时候，南半球就是夏天，另一边就是冬天。

铁轨\河床

在北半球路面一般是左边磨损的比较严重，南半球则是右边磨损的严重；东西向的铁路，北半球一般都是南面的磨损比较严重，南半球则是北边。

同样地，北半球河边一般都是南边的岸边冲积比较严重，南半球则是北边比较严重。如果河面上有垃圾漂浮物的话一般也会聚集在南岸（北半球），这些都是由于地球的旋转方向形成的。

怎么样~

有没有学到证明地球在自转的方法鸭？

还不赶紧去亲手实践一下？

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文章转载自“中科院地质地球所”公众号（ID:dizhidiqiusuo）

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