地球上全部的光和熱都來自于太陽(yáng),太陽(yáng)是地球唯一的能量來源,既然如此,那么地球上的冷與熱就應(yīng)該同太陽(yáng)的遠(yuǎn)近有著直接的聯(lián)系,離太陽(yáng)近的時(shí)候就應(yīng)該是炎熱的夏天,而離太陽(yáng)遠(yuǎn)的時(shí)候就應(yīng)該是寒冷的冬季,然而這個(gè)想法錯(cuò)了,至少錯(cuò)了一半。
地球可劃分為南北兩個(gè)半球,南北半球的季節(jié)是截然相反的,北半球的夏天就是南半球的冬天,而北半球的冬季就是南半球的夏季。南北半球相反的季節(jié)也造成了人文上的差異,比如,在北半球,不同文化和地區(qū)的重大節(jié)日全都在冬季,就是因?yàn)樵谵r(nóng)業(yè)社會(huì)中,冬季無事可做。我們知道,地球之所以會(huì)產(chǎn)生四季的變化,是源于地球的公轉(zhuǎn),而地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的公轉(zhuǎn)軌道并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形,它是一個(gè)橢圓,于是地球也就有了近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之分。

有趣的是,對(duì)于北半球的人們而言,離太陽(yáng)近的時(shí)候并非夏天,離太陽(yáng)遠(yuǎn)的時(shí)候也并非冬季,北半球的夏天恰好是地球的遠(yuǎn)日點(diǎn)附近,而冬季則位于地球的近日點(diǎn)附近。
為什么離太陽(yáng)近的時(shí)候反而冷,而離太陽(yáng)遠(yuǎn)的時(shí)候反而熱呢?這不禁令人想起了另一個(gè)中國(guó)古代的經(jīng)典問題:一小童攔住孔子的車駕,要向孔子請(qǐng)教一個(gè)問題,孔子承諾若答不出則拜小童為師。于是小童問孔子:“為什么早上的太陽(yáng)冷,而中午的太陽(yáng)熱呢”?孔子答:“早上太陽(yáng)遠(yuǎn)而中午太陽(yáng)近”,小童又問:“早上太陽(yáng)遠(yuǎn),為什么看起來大?中午太陽(yáng)近,為什么看起來小?”孔子答不出,遂拜小童為師。這個(gè)問題對(duì)于古人而言,的確是頗具難度,而且對(duì)于公元前500年的小童而言,能夠提出這樣的問題,也實(shí)在是頗為不易。

古代這個(gè)關(guān)于早晨和中午太陽(yáng)的問題,與我們所說的北半球冬季和夏季的問題是極為相似的。對(duì)于地球而言,距離太陽(yáng)的遠(yuǎn)近并不是冷與熱的決定性因素,決定性因素是地球的傾角。
由于月球的引力作用以及其它未知的因素,地球的自轉(zhuǎn)軸與黃道面之間存在著一個(gè)夾角,這個(gè)夾角約為23.5度。當(dāng)夏至這一天到來的時(shí)候,太陽(yáng)直射北回歸線,對(duì)于生活在北半球的人而言,這一天太陽(yáng)將在天空中劃出一道最長(zhǎng)的弧線,是一年中白天最長(zhǎng)的時(shí)候。從這一天之后,太陽(yáng)在天空中的高度會(huì)越來越低,陽(yáng)光照射大地的角度開始傾斜,天氣也隨之越來越冷。為什么太陽(yáng)照射的角度變得傾斜會(huì)導(dǎo)致氣溫下降呢?有兩方面的原因。其一就是太陽(yáng)輻射到地球上的能量是一定的。

不論是斜射,還是直射,太陽(yáng)所提供的能量是固定的,但斜射時(shí)所照射的地球面積要比直射時(shí)大很多,同樣多的能量,分散到了更廣闊的的區(qū)域上,每一單位面積所接收到的熱量自然就要比原來少了,溫度自然也就比原來低了。
其二則是因?yàn)榇髿鈱拥淖韪簟L?yáng)光斜射的時(shí)候所經(jīng)過的大氣面積要比直射時(shí)多,根據(jù)計(jì)算,冬至和夏至的正午,太陽(yáng)光在北回歸線處所穿透的地球大氣厚度相差達(dá)到了100公里以上,大量的太陽(yáng)光在大氣中被散射,照射到大地時(shí),能量自然就下降了。孔子所遇到的問題其實(shí)也與之類似,早上的時(shí)候,太陽(yáng)照射的角度更大,所以看起來大,而溫度低,中午時(shí)分,太陽(yáng)光照射的角度小,所以看起來小而溫度高。那么為什么近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)不會(huì)對(duì)地球的溫度造成影響呢?

與太陽(yáng)距離的遠(yuǎn)近自然會(huì)影響到地球的溫度,但是影響不大,因?yàn)榈厍蜍壍赖慕拯c(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)差別很小,因?yàn)榈厍虻慕拯c(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)只相差了480萬公里,所以它們的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度只相差了不到6%,如此小的差距根本無法彌補(bǔ)地球23.5度的傾角所帶來的影響。
不過不論是地球的軌道形狀,還是地球傾角的大小,又或者是地球自轉(zhuǎn)軸的方向,都不是固定不變的。地球軌道由最橢變?yōu)樽顖A的周期大概為10萬年,而地球傾角從最大變到最小的周期約為5萬年左右,而傾角的傾斜方向變動(dòng)周期則為2.6萬年。所以北半球的冬季并不永遠(yuǎn)都是在遠(yuǎn)日點(diǎn)附近,它會(huì)隨著地球運(yùn)動(dòng)的周期性變化而出現(xiàn)變化,終有一日,北半球的近日點(diǎn)會(huì)變?yōu)橄募荆习肭虻慕拯c(diǎn)則會(huì)成為冬季,如此周而復(fù)始。