Orbit Earth's Extraordinary Journey E01 Pathway
我们所有人每天的生活都在运动
我们不是指每天早上乘车上班
或送小孩上学
而是指更为宏观的运动
即便现在你在观看本片的时候
你正以每小时10万公里的速度飞驰
每年地球围绕太阳旋转
我们也同样
我是凯特·韩波
就是这儿，太阳正在我头顶
影子在我正下方
在本节目中我们将追随地球
在宇宙中一整年的旅程
见证这一旅程
给全人类带来的震撼影响
我是海伦·泽斯基博士，研究自然物理学
哇，看！
我会调查地球旋转如何制造壮观的天气
及其对地球的形成和再造
我们会亲自感受地球的强大能量
对此刻我们期待已久
这雨下得真猛！
我们会潜入海底最深处
我们会攀上最高空
为你呈现地球环绕太阳的旅程
轨道：地球的非凡之旅
地球围绕太阳走完一圈
历时365天
12月
旅途9.4亿公里
在一年时间内，我们将沿着这恢弘的旅途
漫步前行
旅途的起点
是位于挪威西北海岸的安多亚小岛
时间是7月24日
我到此感受地球环日旅程的一个标志
自5月底开始太阳升起就不再落下
这便是所谓的午夜阳光
过去9周内太阳的升降
都在地平线以上，从未沉入
今天则开始改变
64天来第一次
太阳会完全沉入地平线
形成午夜阳光的原因
是由地球的旋转造成的
在围绕太阳公转时，地球并非垂直自转
而是沿着倾斜23度的地轴自转
这意味着在6月
北半球会受到太阳最大程度的照射
因此尽管地球在转动
北极圈范围内
白天和夜晚都会受到太阳照射
但随着时间推移
北半球开始偏离太阳
黑夜慢慢回到北极
现在太阳落下了，这会应该是晚上了
不过奇怪的是天并没有黒
而只是天空变得阴暗而已
这是太阳在两个月内
第一次在挪威这个地方
完全沉入到地平线以下
第一个晚上非常短
但此后会越来越长
到12月底
安多亚将全天都是黑夜
10分钟前太阳刚落下
虽然地平线上刚好有云挡住了
但明显能感觉到太阳开始上升了
因为天开始亮起来了
八月
这是因为北半球不再正面朝向太阳
全天受到日照的地方开始缩减
而安多亚现在到了日照线之外
北极的黑夜来临
开启了我们追踪季节变化的旅程
从7月到12月，历时5个月
日出日落的循环也同时提醒我们
地球并非仅仅围绕太阳旋转
它同时围绕地轴自转
每24小时地球自转一周
日夜因此更替
周而复始
每年365次
但地球自转不仅制造日夜更替
而是有更重要的影响
在接下来5个月我们可以看到
它所带来的引人瞩目的自然现象
要理解为何地球自转会影响深远
我们需要探索它威力最强大的地方
大气层
地球自转对大气层的影响至关重要
要了解为何如此重要
我们将去到2万5千米高空
要到达那个高度，我需要一支专业人士
他们知道如何能去到大气层边缘
已经开了，第5模式
我们不是太空总署，但要去的地方
通常只有宇航员才去得了
我们的工具是气球
现在我们往里充氦气
氦气比空气要轻
因此充满气后
气球会一直上升到大气层外
而气球的旅程会告诉我们
为什么地球自转会对大气造成重大影响
我们在上面装了定位系统便于追踪
4个摄像机将拍下气球上见到的一切
现在完成安装了
希望这摄影机3小时内能拍到不同的景色
回见了
它飞走了
我仍能看见它，现在成了天空里一小点
开始气球几乎垂直上升
这是在意料之内的
因为大气和地球一起旋转
但接着气球开始飘移
我们跟着它
气球飘走了
这表示了大气重要的特点
虽然它和地球一起旋转
却并不固定在地球表面
而是流动的，向不同方向移动
速度也不同
今天气球随气流飘往东
我们的时速达到50英里
仍然追不上它，而它还在上升
好像孩子的游戏，不过规模更庞大
气球现在的高度为2万米
是飞机航线高度的2倍
现在是中午，但天空是黑色的
现在气球接近最高点了
那儿的气压会非常非常低
95%的大气都在气球下面
气压这么低，气球会涨到原来3倍大
这已是气球所能承受的极限
爆了的气球以每小时100英里的速度
穿过大气层坠下
这气球都给撕烂了，太神奇了
很精彩的画面
可以看到地球和黑暗的外太空
还有介于两者间朦胧的蓝线
这就是大气层
太神奇了
大气是一薄层空气，随着地球一起转动
但它同时充满了流动的气流，创造了天气
气流变化看似随意而混乱
但其实是遵循规则的
而这些规则是由地球自转而控制的
为何地球自转的作用如此强大？
让我们到南美的厄瓜多尔走一遭
今天我要开车走一段
而速度将是我从未达到过的
这是我要开的车，非常普通
没有什么特别之处
发动机不强大，烧的也不是火箭燃料
特别之处其实不在车子
而是我们要开的这段路
这路看起来很平常
但它有两个非常之处
所处的位置和路的走向
这条路正处于赤道，朝正东方
车上的仪表盘显示
车子时速是96公里，即60英里左右
但严格意义来讲并非如此
实际上我的速度要比这快得多
在围绕太阳旋转时
地球表面也在旋转
而速度最快的地方就是赤道
这条路旋转速度每小时超过一千英里
而因为我们朝正东方走
和地球自转方向完全相同
我现在的时速不是60英里
同时以1千多英里的时速在走
而现在这条路上只有我这一辆车
我可以说是世界上开车最快的人了
赤道是地球上旋转速度最快的
因为它是地球圆周最大的地方
因此一天内它的路程最长
这也意味着，离赤道越远
旋转速度也就越慢
到了南北极则几乎不动
只是整天在原地缓慢转动
不同的旋转速度，促使大气流动
使全球都受到影响
每年特别的时间里可见大气活动
造成地球气候灾难
现在是九月初
虽然夏天即将过去
9月
北半球仍要遭一次罪
因为9月是飓风季节
飓风的形成
是地球自转控制气候的典型例子
我希望能遇上一个
过去几周内我们一直在关注这些风暴
它们每个都有自身的特点
这是热带风暴“玛利亚”
横扫大西洋而来后消散了
“凯蒂亚”从美国沿岸扫过
但没有登陆，所以见不到了
热带风暴“纳特”看起来有可能登陆
现在在墨西哥湾内，明天将发展成飓风
看起来很可能往墨西哥海岸去
24小时后，我到了墨西哥东部
往墨西哥湾去会一会即将登陆的风暴
我们正朝北往海边走
风暴在那边100英里外，往这边走
我们往北去，明天风暴登陆时
我们就能在现场看到了
第二天早上，飓风“纳特”临近海岸
第一个信号便是风开始大起来
本来晴朗的天空
开始布满乌云，下起了雨
每年这时候
墨西哥湾特别适合生成飓风
海水很浅，接近赤道
因此温度较高
海水非常非常暖
原因就是这片海域
吸收存储了太阳能量
而这能量将生成热带风暴
风暴的生成，源于温暖的海水
使得海面上的空气升温
空气受热便开始膨胀上升
热空气上升的同时，气压降低
吸引湿润空气进来补充，形成强风
但形成飓风的最终因素
是空气需要旋转起来
而空气的旋转就来自地球自转
在海上时，“纳特”已形成了飓风
搅动云层旋转
但遗憾的是它慢慢失去动力
还没有登陆便消散了
2011年的飓风季
最著名的反而是另一个飓风
就是飓风“艾琳”
通常飓风生成后
会沿美国东岸北行
使纽约市遭受水灾
飓风中的强大旋风
是由地球自转引起的
这种现象称为科里奥利效应
科里奥利效应看起来有些违反常理
但有个好办法来检验
用球和旋转木马
就当这是我们的地球，北半球
中间是北极
现在地球还没转动
我把球朝正前方扔出去时，它是往前的
但我们的世界会旋转
现在让地球旋转起来
逆时针转，和北半球一样
现在我在旋转的地球上，就会不同了
我把球朝前扔出去时
它朝右边走了
从我这方向看，球总是偏向右边
不管我多努力朝正前方扔出去
这现象的意义
就是这个球代表了地球上的风
北半球的风
总是往右边吹
而南半球则相反
风往左边吹
这便是科里奥利效应
飓风便是科里奥利效应的应用
风往飓风中心低气压处吹
但由于科里奥利效应
它们偏向了右边
因此形成了飓风特有的旋流
这也意味着风永远到达不了风暴中心
因此风眼处是没有风的
科里奥利效应是地球自转的直接后果
但它不仅形成飓风
也是全球气候的重要因素
我们看地球时
可见一些明显的地带
南北极的白雪
热带的黄色沙漠和绿色丛林
这些都是典型气候带的反映
天气各不相同
这些主要气候带是由地球自转产生的
受科里奥利效应作用
要了解科里奥利效应如何形成全球气候带
我留在了赤道
到厄瓜多尔高地看看
现在是9月底，我来这里见证特别的日子
数千年来
人类追寻并庆祝太阳的变化
这个壮观的高原
曾是当地远古文明“基多”人的圣地
可以明白他们选择这里的原因
这里可以全方位观察天空，视线不受阻挡
因此能观察太阳的升落
今天的日子意义重大
可以明白赤道为何在地球气候中如此重要
现在是9月23日正午，秋分时节
就是这儿，太阳在我正头顶
影子在我正下方
对于南半球的人来说
他们会很高兴，因为夏天快到了
而对我们居住在北半球的人来说
很遗憾，冬天快来了
秋分时中午的太阳在赤道正上方
因为地球是倾斜的
秋分之后
太阳直射点会南移，直到12月
然后在下一个春分日再回归到赤道
随后往北半球移动，夏天来临
这表示在一年中，赤道地区比其他地方
受到更多的日照
这对地球气候产生根本影响
赤道地区的热量
是全球气候的能量发源地
风从这里开始吹
然后作用于整个地球
而这都是由地球自转产生的
要知道它怎样作用
我们得离开这美丽的高原到雨林去
现在我们去亚马逊盆地
雨林面积550万平方公里
从厄瓜多尔延伸到巴西
这是第一个气候带的中心
地处赤道上的绿色地带
聚集了赤道的所有热量
你可能没想到会这么潮湿茂盛
而地球上大多数雨林
都是在赤道地区
这里树种达2千种
树下很暗
因为赤道的太阳虽然很强烈
却无法穿透这茂盛的树叶
赤道的热量产生了茂盛森林
也解释了为何这片地区
导致了全球气候的变化
现在我们到树顶上，看这一切是如何发生的
晨雾的景色引人入胜
而空气的流动也展现了
大气层一项重要的运动方式
记不记得物理课说过，热空气上升
现在树上这些空气正袅袅上升
在上升时，有些空气开始凝结
形成雨落下来
但有的空气持续上升
开始了恢弘的旅程
且受到科里奥利效应的影响
生成了另一个巨型气候带
这些空气上升到1.5万米处
上升的暖气团开始向两极运动
这是由于赤道和两极的温差使得气流运动
以平衡两处的气温差异
但气流没有到达两极
而是受科里奥利效应影响偏向右边
到了赤道北边30度左右时
它已经和赤道几乎平行了
但气流并不就此停止
下一步旅程中
它生成了环绕整个地球的第二大气候带
我将加入到这股气流中，一起前行
看它如何再次改变方向
在北半球
科里奥利效应使风偏向右边
因此风不再朝北吹
经过一段时间，空气温度下降，气压升高
气流开始下沉
现在正在这里发生
这里是加入大气旅程的好位置
我准备出发了，就从这门口出去
出发！
我们在3千米高处跳下
离地面越来越近
在降落时，我和来自赤道的空气一起
它也同时下沉到地面
所以我们随着这空气一起
从天空下降到地面
我看到空气运动的方向，场景十分壮观
真高兴回到地面来
空气到达的地方和雨林非常不同
确实，我到了沙漠里
这里是美国亚利桑那州的索诺兰沙漠
它地处北纬30度
这里的夏天温度可达50摄氏度
热得可怕
但现在夏天早已过去，今天天气很凉爽
这也说明了沙漠并不因高温而产生
而是因为缺乏水
沙漠年降雨量低至8厘米
为什么没有降雨
因为空气离开赤道时
水分留在了赤道
索诺兰沙漠只在这里的原因
是科里奥利效应使来自赤道的空气转向了
但这种现象不仅在索诺兰沙漠有
在全球同一纬度的其他地方
这一效应也产生了其他沙漠
印度的塔尔沙漠
阿拉伯沙漠
以及撒哈拉沙漠
都是因为临近赤道
受来自赤道的下沉干气流影响造成
这里可以明显感受到地球自转的影响
赤道的潮湿雨林与这里的干燥沙漠
是由巨大的风力体系造成
而这还不是循环的终点
到达沙漠带的空气
受地球高温地区低气压带吸引
现在开始返回赤道
而在往赤道移动的过程中
同样受科里奥利效应影响
空气再一次向右偏移
这产生了稳定的地面风
从东北往西南吹的“信风”
几百年来
早期探险家和贸易家充分利用了信风
因为顺风的旅途比较省力
从15世纪起
欧洲航海家便不断发掘信风的用途
借此实现了对美洲的殖民
乃至在全球建立了帝国
如果地球不自转
人类探索地球的历史将会完全两样
信风到达赤道后，循环完成了
这种循环叫环流圈
环流圈不仅在赤道上有
这一模式会不断重复
南北半球各有三个环流圈，合计共6个
在每个圈中，空气上升并向右偏移
然后温度下降，沉降回地面
到目前我们已经体验了
地球自转造成的大气运动
形成了壮观的天气
以及巨大的气候体系
但这还不是科里奥利效应影响地球的全部
它同样作用于海洋
我来到智利，到世界最大的海洋，太平洋
看科里奥利效应如何改变海洋
及依赖海洋而生的各种生物
这真的很难得
看那边栖息在岩石上的鸟
那是鹈鹕，正往这边飞来
那边是鸬鹚，但最令人惊喜的是
后面是洪堡企鹅
这是生活在温带地区的企鹅
属于濒危动物，能看到它们非常难得
所有这些鸟类来此只为一个目的
鱼
数百万的鱼
这里是世界上渔产最丰富的地方
占全球海洋不到1%
却提供总鱼获的20%
这些鱼来此全因地球自转
这里鱼非常多
是因为有一股洋流携带丰富微生物
沿南美西岸过来
这股洋流和洪堡企鹅同名
叫洪堡洋流
如同科里奥利作用于风
它同样作用于海洋表流
它使北半球海水往右流动
形成顺时针洋流，而在南半球
它使海水往左流，形成逆时针洋流
这种洋流叫环流
虽然我们现在非常接近热带地区
海水却很冷，大概15度
因为这洋流来自南极
一路漂流过来
南极的冰冷海水
由南太平洋环流带到岸边
洋流带来海洋深处丰富的微生物
使当地渔业在全球规模最大
同时也引来大群海鸟
这一环流现象
在世界各地都有
南北大西洋有相似的洋流
印度洋也有
地球自转形成的大规模环流
包括了海洋和大气
气候变化受其影响
全球的海洋环流也受其控制
但地球自转对海洋还有另一个作用
此时正是早秋，这一作用将达顶峰
潮汐
潮汐是海边最令人向往的景象
我喜欢这涛声，真动听
海水每天涨退两次，这里时刻都在变化
也许你早就知道
引发潮汐的主要因素是月亮
潮汐循环的产生
是因为月亮的引力吸引了部分海水
这部分海水涌起来
脱离地球涌向月亮
但这不是全部原因
地球的自转
影响了每天循环的潮汐
地球在月亮下自转
同时也在涌起的海水下自转
当海水冲上岸，便形成了海潮
在英国有些海潮非常巨大
但要见真正的大海浪，你得到大西洋彼岸
现在是9月29日
我们来到加拿大东海岸
最佳时间，最佳地点
我们来观看这一自然奇观
这里是芬地湾
涨潮时这里一片汪洋
但退潮时海水全消失了
在涨潮前我有足够时间到达小岛上
芬地湾非常有名
它是世界上潮差最大的地方
而今天将是2011年海潮最大的一天
从涨潮处走出去有3英里路
我们现在从海岸线那过来
一路跋涉
因为退潮不代表地上完全没水
但现在我们到了海边
这是退潮时的海岸线
这里现在是洼地
但潮水来时，汹涌的海水
将涌入这个海峡
注满整个海湾
高峰时海水前进速度达每分钟10米
真不敢相信现在海水有多快
你可以看见它涌入这些凹槽
迅速填满后向前蔓延
看，我身后的陆地已被淹没了
灌进海湾的海水达到1150亿吨
芬地湾的海潮居世界之最
地形是重要原因
海峡呈漏斗状，堵住了海水
真是不可思议，今早上
我们还在这片地上走着
现在我们走过的地方已在水下30到40尺了
但为何一年中此时潮水最大
是由地球自转及运行轨道共同作用造成的
海潮最大的时候，是发生在
月亮与太阳的引力叠加在一起时
而在春秋分，这又有特别的意义
一年中这个时候，太阳和月亮
都是垂直于赤道
当它们从地球中间走过
受引力涌起的海水将达到最大
受地球的自转作用，便形成一年中最大的海潮
因为全球各地地理环境不同
每年此时便形成了各种海潮景观
当海潮涌到河流的入海口
便形成了江潮
英国的赛文河潮就是一例
还有更大的亚马逊河潮
但最大的江潮则在中国东南部
许多人冒着生命危险去观潮
现在的海潮已经非常壮观
而在以前，海潮还要大得多
证据就在百慕达海岸边上
了解海潮的变化
使我们得以探知地球自转的历史
从而有了惊人的发现
我正在寻找一种特别的海洋生物
它在地球已经生存了数百万年了
它能告诉我们过往非同寻常的事情
这就是珊瑚
珊瑚礁遍布全世界
礁石里藏了重要的信息
是地球历史的日记簿
珊瑚在生成外在骨骼珊瑚礁时
每天会留下一层薄薄的石灰石
有点像树的年轮，但它是日轮
珊瑚由此记录下一年的天数
现代的珊瑚礁上，这些橙色带就是年轮
橙色带之间几乎看不到的
就是365层每日的日轮
但一块非常古老的珊瑚礁
显示的则完全不一样
这一块有4亿年的历史
这是块珊瑚礁
它看起来像一块普通石头
但在专家眼里它如同一本历史书
它忠实记录了
地球当时的情况
同现在的珊瑚礁一样，它也有日轮
而让人感到惊奇的是
这些日轮加起来
总共是410圈
4亿年前，一年不是365天，而是410天
如何解释这块远古的珊瑚礁
会有410圈日轮
说明它活着时一天不是24小时，而仅21小时
这种情况表示地球自转得更快
为什么会这样
我们得回顾一下地球的早期历史
45亿年前，地球受到另一星球的撞击
撞击后的碎片生成了月球
当时月球离地球的距离要比今天近得多
地球的自转也快得多
海洋初步形成时
这两者的作用导致了海浪变得非常巨大
想象一下，对比如今只有几米高的海浪
当时的滔天巨浪可达数百米高
在世界各地冲刷上岸
但月球的引力牵制了海浪
如同刹车一样
使地球也逐渐慢下来
同样也使月球离地球越来越远
随着月球逐渐远离地球
吸引潮汐的力量也逐渐减弱
海浪就变低了
即便在今天，地球的速度仍在减慢
而我们每天的时间也在变长
只不过每世纪多2.3毫秒而已
现在我们将进入冬天
因为地球的倾斜度
使北半球越来越远离太阳了
因此温度开始下降，日照也缩短了
大自然也相应地开始休息了
树木感受到日照缩短
因而树叶上不再生成叶绿素
金色渲染了整个秋天
雪开始下起来
在黄石公园
黑熊进入洞里冬眠
100天内不再进食
而鸟类，比如夏天在北极圈的雪雁
开始往南飞
大批迁徙到温暖的地方过冬
到了11月底
北极圈大部分地区24小时都是黑夜
这是极地之夜
现在是12月初
这段旅程接近终点
我们的目的地
便是地球自转对天气产生强大影响的地方
英国
你绝想不到还有比英国天气更典型的
今早我们到这里时还在下雨
随后太阳出来了，接着又是狂风
现在太阳又出来了
接着又刮起了大风
英国的冬天出了名的变幻莫测
有时干冷，有时暖湿
这种多变的天气，就是由地球自转造成的
关键在于英国的地理位置
它处在地球两个大气环流圈的交界处
这意味着，在我们头顶上
两种类型的空气在交锋
让我画个图给你看
这是英国南岸
上面是苏格兰
我们在这儿，康沃尔
这边是爱尔兰
这边是北方极地的冷空气
而下面南边
是来自热带的暖空气
两种空气的交界处
正是在英国这个岛上
在我们头顶上
冷暖空气激烈交战
相互推挤，交缠
从而产生这种多变烦人的天气
使得我们喜欢抱怨这个国家的天气
2011年12月，这场交锋隆重登场
一连串风暴扫荡了英国
冷暖空气为夺得主导地位激烈交战
但影响两种空气交锋结果的
还有一个重要因素
就是环流圈的边界会移动
环流圈之间有种现象
它影响了环流圈边界的移动
而这种现象是由地球自转产生的
在环流圈边界的上空
10公里的高处有风在吹
风速非常非常快
时速可达450公里
它沿着我们这个纬度环绕了整个地球
我们叫它喷射气流
喷射气流有关键作用
它影响了环流圈之间的边界
从而影响了北边的冷空气和南边的暖空气
这种影响体现于2010年的12月
距今12个月前
整个国家被冰雪覆盖
温度创了历史新低
原因就是喷射气流形成了扭结
在大西洋上空它往北移动到接近北极
随后下行到英国
这使环流圈的边界产生了移动
令北极的冷空气席卷整个国家
让气象学家郁闷的是
喷射气流的动向
非常难以预测
地球自转使得英国的天气非常不稳定
因此也很难预测
每天早上你起来
总会发现天气又出乎你意料了
于是天气的话题成了生活的一部分
这段旅程走了5个月了
现在是12月22日，冬至日
这一天北半球的日照时间
为全年最短
我们的旅程到此也告一段落
在过去5个月中
我们看到了地球自转
对全球气候的重大影响
它促使海洋运动
制造了全球气候带
这些气候带在太空中也能看得见
下一段旅程将从冬至到春分
我从未见过如此令人震惊的景象
这段旅程将挑战我们的常理和极限
现在我潜入了深渊