我们都知道,地球自转轴倾斜了23.4度,也就是地球公转轨道平面和赤道平面所夹的角度。这种倾斜会导致季节、昼长和日照角度的变化。在夏天,太阳高高挂在空中,地面获得更多的光照,所以夏天的温度较高。反之,冬天的温度较低。
在太阳系中,天王星自转轴的倾斜角度最大,高达90度,那么,如果地轴也倾斜90度会怎样?我们把这种情况称为“倾斜地球”,以区别于“现实地球”。
在“倾斜地球”的北半球夏季,地轴会直接指向太阳。当地球自转时,太阳不会明显改变位置,只会在天空中的一个地方徘徊,一直不会升起或落下,所以北半球一直处于白天。反过来,到了冬季,太阳出现在南极上空,所以北半球会完全处于黑暗之中,一直都是晚上。
在“现实地球”中,极昼与极夜只发生在南极和北极。在一年中,北极点和南极点附近有半年都是白天,有半年都是夜晚。但在“倾斜地球”中,整个地球都会出现这样的现象。在 “现实地球”的北极夏天,太阳出现在天空中很低的地方,照射到地球表面的阳光较少。但在“倾斜地球”的北极夏季,北极将面临几个月的正午阳光照射。随着夏天的过去,太阳在天空中转的圈越来越大。到了春季,“倾斜地球”将会出现相当正常的白天和夜晚。
“倾斜地球”的这种循环如上图所示。该图显示了在北半球的不同季节,太阳在天空中的位置。圆圈代表天空,线条表示太阳在天空中的运动轨迹。例如,最上面一行中间那张图表示,在北极的春季,太阳正好照射到地球的一半。最左下图表示,在赤道的夏季,太阳在北方的地平线上徘徊。
可以想象,“倾斜地球”处于冰火两重天的状态,整个夏天的白天和夜晚都会被阳光暴晒,而整个冬天的白天和夜晚都见不到太阳。粗略估计,在夏季,两极平均温度高达75 ℃。在冬季,两极平均温度为-10 ℃。在中纬度地区,夏季平均温度约为50 ℃,冬季平均温度约为-20 ℃。平均来看,赤道的年平均日照量是最少的,两极点的年平均日照量最多,这刚好与“现实地球”完全相反。那么,为什么会这样呢?
在“倾斜地球”的赤道,太阳始终在北方或南方非常低的天空中徘徊。除了在春秋两季的短暂一段时间内,赤道才拥有“正常”的昼夜模式。因此,在一年中的大多数时候,赤道接收到的阳光很少。
上图显示了不同纬度地区的年平均日照量,其中+90表示北极点,0表示赤道,-90表示南极点。靠上的图表示“倾斜地球”,靠下的图表示“真实地球”。
年平均日照量最少之处将是最冷的地方。从图中可以看出,在“倾斜地球”中,最冷的地方是赤道。赤道的年平均温度只有-5℃, 在春季和秋季,可能会达到10℃。这意味着在“倾斜地球”中,所有的冰川、冰盖和海冰都将分布在赤道附近。
此外,这种逆转的年平均气温也会极大地改变地球上的气候。“倾斜地球”中季风的方向将会变得与“现实地球”相反,原先来自东部的风会变成西风。强台风可能在中纬度和极地的夏季很常见,而在赤道附近则不存在 。此外,降雪量将会比较大,这是因为在太阳的连续暴晒下,大量的水被蒸发到大气中。总之,在“倾斜地球”中,天气会变得非常恶劣,找不到一个一年四季温度都适宜的居住区。