地球的起源
地球1654年，爱尔兰大主教厄谢尔考证希伯来的经典，居然得出地球是在公元前4004年10月26日上午9时由上帝创造的。这个时间被预计得如此精确，以致不少人相信这种毫无根据的无稽之谈，当时欧洲人竟信奉无疑。这一“神话”自然已经被后来的科学研究无情地粉碎了。
因为根据科学研究，地球至少有46亿年了。那么，46亿年前又是谁创造了地球呢？这还得从太阳系说起，因为地球是太阳系的八大行星之一，它也经历了吸附、积聚、碰撞这样一个共同的物理演化过程。它们具有共同的起源。
我们在本书的前面已经介绍过宇宙大爆炸的理论。科学家们研究认为，宇宙是在一次大爆炸中诞生的，他们推测，“大爆炸”把基本粒子抛向四面八方以后，宇宙中出现了一团一团的气体。
有某些部分冷却下来，变成了尘埃。在引力的作用下，尘埃或云团发生了积聚，产生了许许多多的星云和星体。银河系就是其中的一个星云。银河系里弥漫着大量的星云物质，它们因自身的引力作用而收缩，在收缩过程中产生的漩涡，使星云破裂成许多“碎片”。其中，形成太阳系的那些碎片，就称为太阳星云。
由气体尘埃云组成的原始太阳星云在恒星际空间凝聚时，因质量收缩而越转越快，逐渐形成一个圆盘。到了某个阶段，在圆盘中心形成一颗恒星，这就是太阳。
太阳周围的许多尘埃，受它引力的影响，开始围绕太阳运转。起初，它们运转的速度和运转的轨道十分凌乱，在运转过程中，它们相互交叉和碰撞，又相互结合，形成越来越大的颗粒物，并开始吸附周围一些较小的尘粒，使体积日益增大，先是形成小行星大小的陨石物体，以后又由这样的物体聚成原始地球。
原始地球同我们现在的地球还不完全一样，在原始地球上，温度较低，各种物质混杂在一起，没有明显的分层现象。
后来，由于地球内部放射性元素产生了大量的蜕变热，地球温度逐渐升高，内部物质产生了越来越大的可塑性，原始地球局部开始熔化，表面成为一层达400千米的岩浆。与此同时，岩浆中较重的铁在重力作用下，渗向地球中心而构成地核。
地球外表面较轻的部分则冷却而形成一层薄薄的固体状地壳，这层地壳就漂浮在沸腾的岩浆上面。随着沸腾岩浆在不断地翻滚，那薄薄的地壳也在不断地移动和变化。后来，岩浆温度逐渐降低，地壳下面有一部分岩浆开始慢慢地凝结而成为固体，我们把它称为地幔。
岩浆在形成地幔的2亿年中，沸腾的岩浆竭力要冲到外面来，于是地幔中出现了许多状如蜂窝的对流区。在每个对流区的中心，都有岩浆从地壳的裂口中喷射出来，把周围的地壳挤到边上去。挤到边上的地壳又被下面的岩浆融化和吞没。在这种周而复始的岩浆对流过程中，地球上出现了许许多多非常剧烈和频繁的火山爆发。
火山喷出的熔岩凝固以后，就构成了最初出现的陆地。这是38亿年前地球的雏形，如今地球仍在继续演化。不过宇宙大爆炸理论只是一种假说，所以地球的身世和太阳、月球的身世一样，还需要更多的科学研究来证实。
知识点星云
星云包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体。它们的主要成分是氢，其次是氮，还含有一定比例的金属元素和非金属元素。近年来的研究还发现含有有机分子等物质。星云是由星际空间的气体和尘埃结合成的云雾状天体。星云里的物质密度是很低的，若拿地球上的标准来衡量的话，有些地方是真空的。可是星云的体积十分庞大，常常方圆达几十光年。所以，一般星云较太阳要重得多。星云的形状是多姿多态的。星云和恒星有着“血缘”关系。恒星抛出的气体将成为星云的部分，星云物质在引力作用下压缩成为恒星。在一定条件下，星云和恒星是能够互相转化的。
地球的年龄之谜
我们常说地球有47亿岁了。但是谁也没有活过这么长的时间，人们是怎么知道地球到底有多少岁了呢？科学家自有办法解决这个问题。
在科学并不发达的过去，犹太学者根据《圣经》的上帝创世说，推算出地球的历史不过6000年左右。而我国古人则推测：“自开辟至于获麟（指公元前481年），凡二百一十六万七千年。”
以上的推测虽然都认为天地自形成以来经历了一段漫长的年月，但是，对地球的起源及地球的年龄的推测不超过2500万年。
1862年，英国著名物理学家汤姆森，根据地球形成时是一个炽热火球的设想，并考虑了热带岩石中的传导和地面散热的快慢，认为如果地球上没有其他热的来源，那么，地球从早期炽热状态冷却到现在这样，至少不会少于2000万年，最多不会多于4亿年。
20世纪以来，人们可以用同位素的方法来测定地球的年龄。地质学家用岩石中发现的生物化石以及岩石本身的放射性资料来估计地球的年龄。利用生存的物种演化为根据的方法，研究人员研究了在地壳岩石形成时被记录下来的地质上的代和纪。
随着时间的消逝，地质过程形成了新的岩层（地层）。每个地层含有当时生存的物种的化石。以不同地点的化石相互比较，地质学家可鉴定出哪些地层属于相同时期。地质学家已给这些纪或代命了名。例如古生代的泥盆纪（当时陆地动物首次出现）。因为较迟形成的地层置于较早形成的地层的上方，地质上的纪可以按顺序放置成为系列。无论在什么地理位置上，这个系列都是相同的，这个方法是大致再现地球的历史的一个证明吧。
为了估计每个地质的代发生在多久以前，地质学家使用了放射性定年技术。他们发现最早的是前寒武纪的太古代，它发生在超过25亿年以前。跨得这样远的时间是难以想象的事情，可是定年方法所得的结果与其他资料一致。
到目前为止所发现的地球上最古老岩石的年龄有37亿年。这就产生了地球本身的年龄问题。很明显地球的年龄至少也应当是37亿年左右了。
地球上已知最古老的岩石放射性定年技术也应用于陨石，它是从空间落到地球上的岩石和铁的碎片。它们都已有大约46亿年的年龄。因为陨石的轨道是在太阳系内，至少太阳系的某些部分在那个时候可能就已经形成了。美国国家航空和宇航局的“阿波罗计划”是通过开展对地球以外的另一颗天体（月球）作地质考察，对若干问题予以更多的启发。
采回来检验的最老月球岩石的年龄是46亿年。天然产生的元素，铅同位素的某些资料也指出地球年龄是46亿年。
这个证据表明：一个影响到地球、月球和陨石母体的重大事件发生在46亿年以前。最简单的解释是这个事件与从星际物质云产生太阳系（行星和太阳）有关。
然而，对于地球46亿岁的结论还有许多争论。有人提出疑问，认为这个数据是基于地球、月球和陨石是由同一星云、同一时间演变而来的前提下，而这一前提还是一个有争议的假设。另外，认为放射性元素的蜕变率是不随时间、环境等条件的变化而变化的假设也未必正确。
也有人主张地球可能有更大的年龄值。如我国地质学家李四光，认为地球大概在60亿年前开始形成，至45亿年前才成为一个地质实体。
前苏联学者施密特根据他的“俘获说”，从尘埃、陨石积成为地球的角度进行计算，结果获得76亿年的年龄值。
然而，众多的结论都是依靠间接证据推测出的。人们至今也未在地球上找到它本身的超过40亿年以上的岩石，因此，地球高寿几何，还有待于作更深入的研究。46亿年这个数字，只是进一步研究的起点。
地球的形状和大小
地球表面崎岖不平，它的真实形状是非常不规则的，但比起地球的大小来，地面起伏的差异又是微不足道的。因此，在讨论地球形状这一课题时，为了使它的总体形状特征不被地面起伏的微小差异所掩盖，人们不去考虑地球表面的形状，而是研究它某种理论上的表面形状，这就是全球静止海面的形状。
所谓全球静止海面的形状，指的是海面的形状。它忽视地表的海陆差异，海面显然要简单和平整得多。所谓静止海面，指的是平均海面，它设想海面没有波浪起伏和潮汐涨落，也没有洋流的影响，完全平静。
所谓全球静止海面，它不仅包括实际存在的太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋，而且以某种假想的方式，把静止海面延伸到陆地底下，形成一个全球性的封闭曲面，称为大地水准面。这是一个重力作用下的等位面，是地面上海拔高度起算面，地球的形状就是指大地水准面的形状。
古希腊学者埃拉托色尼（约公元前276~前194年）在历史上第一次粗略地测定了地球的大小。当夏至日正午，太阳位于埃及南部阿斯旺（旧时称悉尼）的天顶，阳光直射深井的井底，埃拉托色尼据此认为，阿斯旺地处北回归线。他还估计，亚历山大与阿斯旺位于同一经线上，两地相距约为5000斯台地亚（古希腊长度单位）。这样，他只要测得亚历山大夏至日正午大阳高度，就可以得出地球的大小。
埃拉托色尼并不直接测定正午太阳高度，而是用圭表测定正午影长，这种圭表是半个空心圆球，圆球中央有一根竖直的轴，这根轴就是圆球的半径。当圭表放置在地面上的时候，这根轴便垂直于地面，指向天顶。
埃拉托色尼测得亚历山大夏至日正午，圭表轴投射在圆球上的影长，约为整个圆周的1／50，即约7.2°，古希腊人已有相当完备的几何学知识。埃拉托色尼推得，圭表轴投射在圆球内表面的影长与圆周长度之比，等于阿斯旺与亚历山大两地间的经线弧长与地球周长之比。换句话说，地球子午线周长等于阿斯旺至亚历山大之间距离的50倍，即250000斯台地亚。1斯台地亚合158米，那么，地球周长为39500千米。这与近代的测定值40025千米相当接近，换算成地球半径约为6370千米。
严格说来，埃拉托色尼测定地球大小的工作，实际上只做了一半，即测定两地的纬度差，而两地间的距离是估算的，并非实测。最早实测子午线长度的，则是我国唐代天文学家僧一行（本名张遂，公元683~727年）。
公元724年，在僧一行的主持下，太史监南宫说率领一支测量队，在今河南省黄河南北的平原地带，分别测定了大体上位于同一经线上的滑县、开封、扶沟和上蔡四地的分至日（春分、秋分、冬至、夏至）正午影长和极高（即纬度），同时丈量了上述各地间的水平距离，从而得出“三百五十一里八十步而极差一度”。
僧一行僧一行没有球形大地的概念，他只是以实测数据否定当时“日影千里而差一寸”的说法，而没有把“极差一度”看做地面上的纬度。因此，一行并不理解自己所做的就是地球子午线长度的测定，就像后来的哥伦布并不知道他所发现的陆地是美洲一样。
人们对地球的形状有一个漫长的认识过程。古代东西方人由于受到生产力水平的限制，视野比较狭窄，所以认为天是圆的地是方的，即所谓的“天圆地方”。公元前古希腊，人们已经开始注意很多现象，如：站得越高，看得越远，由远驶近的船只，总是先看见船的桅杆，再看到船身，等等，对地球的形状产生直觉的推测。
毕达哥拉斯公元前5~前6世纪，古希腊哲学家毕达哥拉斯（约公元前580~前500年）就提出地球是球形的观念；另一位古希腊哲学家亚里士多德（公元前384~前322年）根据月食时月球上的地影是一个圆，第一次科学论证了地球是个球体。公元1522年，麦哲伦及其伙伴完成绕地球一周以后，才确立了地球为球体的认识。
最早算出地球大小的，应该说是公元前3世纪希腊地理学家埃拉托色尼。他成功地用三角测量出地球周长约为25万斯台地亚（39600千米），与实际长度只差340千米，这在2000年前是非常了不起的。
17世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，从理论上推测地球不是一个很圆的球形，而是一个赤道处略为隆起，两极略为扁平的椭球体。
1672年法国人里舍把一个在法国巴黎运转准确的单摆钟，放在赤道附近南美洲的圭亚那的卡宴，却每天慢2分28秒，这是一个不小的误差。他不得不根据恒星的运动来校正他的摆钟，把摆长缩短4毫米，使摆钟恢复正常定时。
两年后，里舍回到巴黎，却发现钟又走快了，加快的数值恰好就是当初在南美减慢的数值。他把钟摆恢复到原来的长度，于是，钟又走准了。研究了这一现象后他认为，地球在赤道附近是凸起的，于是得出结论：地球不是正球体，而是扁的扁球体。
知识点地球子午线
子午线也叫经线，是在地面上连接两极的线，表示南北方向。经线和垂直于它的纬线构成地球上的坐标即经纬网。地球上任何一个地方的位置都可以用一条经线和纬线的交叉点来表示。所有的经线长度都相等。科学家把开始计算经度的一条经线「0度经线」叫做本初子午线，1884年的10月1日，在美国的华盛顿召开了国际会议。10月23日，大会通过一项决议向全世界各国政府正式建议，采用经过英国伦敦格林尼治天文台子午仪中心的，作为计算经度起点的本初。从0°经线算起，向东划分0°～180°，为东经度，向西划分0°～180°为西经度，1953年，格林尼治天文台迁移到东经0°20′25″的地方，但全球经度仍然以原址为零点计算。
地球的内在
我们由直接观察所知的地球差不多完全限于它的表面。人类在上面挖钻的最深处与全球大小比起来不过像苹果皮之于苹果一样。
地球内部的每1平方米都支持着一直到表面的1平方米的压力。地表面下不到若干厘米的地方这种压力就以吨计了，1千米深的地方大概是2500吨，100千米的地方就是25万吨了，这样一直继续到中心。在这种不可思议的压力之下，地球中部的物质被高度地压缩。那儿的物质也更沉重。地球的平均密度被认为等于水的5.52倍，但其表面密度却只有水的2~3倍。
关于地球的确定事实之一就是在表面以下的矿坑中，愈深处温度愈高。增加的比率依地域与纬度而各处不同，平均增加率是每下降约30米增高1℃。
这种温度的增加到地球中心时将怎样呢？回答这问题，我们可以说不能仅仅根据表面的情形。因为地球外部在很久以前就冷却了，所以我们不能在下降时得到很大的温度增加。从地球存在以来热量都被保持着这一点事实，表明中心温度一定更高，而近表面的温度增加的比率也一定会保持到更深的若干千米直到地球的内部。
依照这增加率来看，地球的20千米或25千米深的地方的物质一定是灼热的，而200千米或250千米以下的热度则一定足以熔化所有构成地壳的物质了。这事实使早期的地质学家认为我们的地球是一个熔化了的大块，正如一大块熔化了的铁，上面蒙了一层几千米厚的冷壳层，我们就居住在这壳上。火山的存在以及地震的发生都增加了这种见解的可靠性。
但在19世纪20年代，天文学家与物理学家收集了一些证据，似乎证明地球从中心到表面都是固体，甚至比同样大的一块钢还坚硬。这学说是开尔文爵士第一个提出的。他认为如果地球是被一层壳包着的液体，月亮的作用就不是吸起海洋的潮汐而只要将全地球向月亮的方向拉起来，却不改变壳与水之间的相对位置。
同样可靠的是那奇特的现象，地球表面的纬度变迁，这在下面我们就要讲到。不仅一个内部柔软的球体不能像地球这样旋转，甚至硬度不如钢的球体也不能。
那么我们如何能调和这固体性质与那不可思议的高温呢？看来只有一个可能的解决方法：地球内部的物质因那巨大的压力而保持其为固体。
据实验证明：强大的压力能提高物质的熔点，压力越大，熔点就越高。一块岩石到了熔点以后再加以重压，压力的结果使它又还原为固体。因此，我们增加了温度只要同时考虑压力的问题就可以使地球中心物质保持固体形态了。
地球的公转
哥白尼建立日心体系时，人们对他的观点是将信将疑的。后来经过许多科学家发展和完善，相信的人多起来了，但直到18世纪下半叶还有人提出：既然地球是围绕太阳运行的，在它从太阳的一侧走到另一侧时，地球上的观测者看到恒星的位置应该是不同的。
这好比我们站在河岸上观察对岸的宝塔，站立的位置不相同，看到宝塔的方向也不同。可是为什么没有人见到这种不同呢？
这里所说的恒星位置不同，天文学上叫做恒星视差。什么是恒星视差呢？天文学上的定义是：在地球轨道直径两端观测同一颗恒星，两条视线在恒星上所夹的角表征该星的视差。
测量恒星视差的天文学家是很多的，布拉德雷在测量恒星视差中竟是“种瓜”得了“豆”，弄得他又是喜又是忧。
1725年，爱尔兰天文学家莫利纽克斯在伦敦郊外安装了一架折射望远镜。它笔直地竖立着，宛如一个大烟囱。
这架望远镜是用来观测恒星的。莫利纽克斯的年轻的合作者布拉德雷认为，天龙座γ星很适合做这种观测。因为它在天顶附近经过时，它的身影从望远镜视场里飘过。
1725年12月14~28日，布拉德雷连续用这架望远镜对天龙座γ星观测了十多天，12月28日，布拉德雷发现，天龙座γ星的位置明显地向南偏移了。
见此情景，布拉德雷喜出望外，“这不是恒星视差向我招手吗！”他暗自想道。于是他日复一日、月复一月地紧紧盯住天龙座γ星，只要它在夜空中一出现，就记下它的位置。
天龙座γ星也讲“义气”，它给了布拉德雷极大的欢乐。在一年内，它先向南移，后向北移，位置移动了40弧秒，而且是在天空来回摆动的。
这不是视差位移吗？很像！但是，仔细一分析，它又不是。视差位移是地球绕太阳公转产生的，应该在12月份到达最南面，而天龙座γ星却在阳春烟景的3月份到达最南。
唉，真捉弄人，使人空欢喜一场！
这个捉弄人的问题，久久困惑着布拉德雷，使他百思不得其解。
“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫。”1728年的一天，机会来了。这天布拉德雷泛舟在泰晤士河上，偶然间，他见到船桅上的旗帜不是简单地随风飘扬，它飘动的方向随着船与风的相对运动而改变。
由此他又想到雨中打伞的情景：如果将伞垂直地撑在头顶上，行走时雨点就会滴在身上，如果将伞稍微向前倾斜一点，身上就不会被雨淋湿。走得越快，伞应该向前倾斜得越多。
从这里布拉德雷悟出了一个道理：天龙座γ星的位置偏移不是视差位移，而是光线和地球绕太阳公转共同作用的结果。
他在写给哈雷的信中说道：“我终于猜出以上所说的一切现象（指天龙座γ星的位置移动）是由于光线的运动和地球公转所合成的。因为我发现，如果光线传播需要时间的话，一个固定物体的视位置，在眼睛静止与眼睛在运动，但运动方向不在眼睛与物体的连线上时将有所不同，而且，当眼睛朝各个不同方向运动时，固定物体的视方向也就有所不同。”
在这里布拉德雷把望远镜比作雨伞，把恒星射到我们眼睛里的光线比作雨点，而在雨中行走的人便是我们的地球。望远镜必须像雨伞那样稍微向地球前进的方向倾斜，光线才能沿望远镜轴线落到镜筒里。布拉德雷把这个倾斜角叫做光行差。
布拉德雷寻找的是恒星视差，而找到的却是光行差，真是种瓜得豆！不过，这个瓜豆易嫁，倒也有用，它说明了地球有公转。因为地球若是没有公转，也不会存在光行差的。
视差，的确是有的。在布拉德雷以前，之所以没有发现它，并不是它不存在，而是恒星离地球很远，视差角很小，当时的观测水平发现不了它。现在，许多恒星的视差已经测量出来了。找到了恒星视差，再一次证明地球在围绕太阳公转。
知识点视差
视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角，叫做这两个点的视差，两点之间的距离称作基线。只要知道视差角度和基线长度，就可以计算出目标和观测者之间的距离。因为人的左、右眼有间距，造成两眼的视角存在细微的差别，而这样的差别会让两只眼睛分别观察的景物有一点点的位移。人类之所以能够产生有空间感的立体视觉效果，恰恰就是这种在医学上被称之为视差的位移，在大脑中的有机合成。大开眼界，其实就是视差的作用结果。
寻找地球公转的证据
其实，要证明地球在围绕太阳公转，不必测出视差和光行差，只要留心一下四季星空和树影就行了。
但是，由于四季星空和树影是人们司空见惯的东西，所以数千年来并没有人从这个角度来考察地球与太阳的关系。但是，看似复杂高深的日地关系，跟我们司空见惯的四季星空和树影有着非常密切的联系。
晴朗的夜空有许多地球公转的证据。你看那深邃莫测、一望无际的黑色天幕上的星星，有的明亮，有的暗淡，有的发出红色光芒，有的光辉呈蓝白色。那些明亮的星星组成了一个个星座。
在一年当中，不同季节里天空出现的星座是不同的。夏季星空我们是最熟悉的，满天都是星，一条宽阔的银河像白带似的由南向北横贯天空，显得绚丽多彩，婀娜多姿。位于银河两岸的牛郎星和织女星翘首遥望着，特别令人注目，千百年来，留下了动人的鹊桥相会故事。
银河东南的牛郎星两旁各有一颗较暗的小星，与牛郎星几乎在一条直线上，民间称这3颗星为扁担星。银河西岸的织女星附近，4颗星组成梭子形状。在织女星的东南面、牛郎星的西北面有一个排列成“十”字形的天鹅座。天鹅座里有颗亮星叫天津四。
在银河南端，西边有个天空最壮丽的星座，形状像一只蝎子，它就是大名鼎鼎的天蝎座。天蝎座里有一颗红色亮星叫心宿二，我国古代称为大火星。天蝎座的东面是人马座，它的6颗星组成南斗六星，与北斗七星遥遥相对。北斗七星出现在西北方天空中。
随着秋天到来，夏夜星空渐渐偏向西方，银河从东北到西南跨越天空。天蝎座已在西南方地平线上想往地下隐去了。北斗七星也移到北方的低空或地平线下面。在东北方的银河中，可以见到仙后座。
在天顶偏南的方向上有4颗亮星组成一个大四边形，其中有3颗是飞马座成员，东北角上那颗亮星和其他一些星星组成仙女座。在仙女座里，有一团模糊的云雾状物质，它就是有名的仙女座大星云。由仙女座出发，沿银河往东北，就见到英仙座，它排列成“人”字形。
冬天的夜晚，东南方天空高挂着全天亮星最多的猎户座。它仿佛是一个威武的猎人，一手举着盾牌，一手提着棍棒，腰间还系着银光闪闪的腰带，佩戴着寒气森森的宝剑。我国古人称它参宿。从猎人腰带向东南看去，就是天空最亮的天狼星了。
古埃及人注意到天狼星和太阳一起升起的时候，不久尼罗河水就会泛滥。天狼星所在的星座是大犬座，它宛若猎狗在天空追击猎物。大犬座北面是一条“小狗”，它就是小犬座。从猎人腰带往西北是一条“金牛”，它是众星组成的金牛座。
金牛座中有1颗明亮的红色星球，我国人民早就认识它了，古人称它毕宿五。在这个星座里，还有许多星团聚在一起，肉眼看起来，似乎是拥抱在一起的七颗星，民间称它“七姐妹”，江南人也叫它“冬瓜子星”，天文上叫它昴星团。
日子一天天过去，送走了寒冷的冬天，春天像花枝招展的小姑娘，跳着、笑着来到了。春夜，狮子座最引人注目。狮子前半身由6颗星组成，它们组成的图形像一把弯弯的镰刀，或者像一个反写的“？”。“镰刀”东面3颗星组成一个三角形，它们是“狮子”的后半身。把它的前后两个半身连起来看，真有点像一头跃跃欲试的雄狮，要捕食前方的巨蟹呢！
大概因为狮子座是春天的象征吧，古埃及人非常崇拜狮子座。埃及著名的金字塔旁的狮身人面像，据说就是取“狮子”作身躯，“仙女”作头而凿成的。在狮子座北面，是家喻户晓的北斗星。
北斗七星在大熊座，它们又像一把勺子，“勺子”柄古人称做斗柄。斗柄所指的方向同季节有关系，《诗经》里写道：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”
这是每天日落后2小时以内的情况。我们如果仔细观察就会发现，经过1~2个月，原来东方地平线上没有的星座从地平线下升起来了；原来东方地平线上的星座升高了；原来在南方天空中的星座移到了西方；原来在西方地平线上的星座没入地平线以下了。
上面叙述的现象好像是整个天空在从东向西移动似的。实际上这不是天球在从东向西移动，而是太阳在恒星间由西向东移动的反映。这种移动叫做太阳的视运动。而太阳的视运动正是地球公转运动的反映。
不但四季星空可以反映地球绕太阳公转，树影的变化也可以反映这个事实。细心记录一下一年内树木影子的长度，就会发现一个有趣的现象：同一棵树在不同的季节，影子的长短是不同的。
一般说来，冬天树木影子长，夏天影子短。仔细测量一下，每年冬至这一天，树木影子最长；夏至这一天，树木影子最短。夏至以后影子一天天变长，冬至以后影子一天天变短。
我们的祖先早就知道这种现象了，并且利用这种现象制造出仪器来测量一年的长度。中国科学院紫金山天文台上有一架叫做圭表的古代天文仪器，它就是利用太阳影子变化来测定一年长度的。
圭表圭表由互相垂直的两部分组成的：圭是用玉或铜刻制的长尺，沿南北方向平躺在地面上，表是直立的标杆。根据正午落到圭尺上的表影长度，就可准确地确定一年的长度和季节。
在河南省登封县有座巍峨的测景台。它是元朝著名天文学家郭守敬领导修建的，它本身就是一座巨型圭表。测景就是测影的意思。台高四丈（1丈=3.3333米），相当于高表。它北面是躺着的长圭，长十二丈八尺，上面有刻度。用这座巨型“圭表”测量季节和一年的长度，比以前的圭表更精确。
根据太阳影子长度的变化，利用圭表测出，1年的长度是365.25天。而现代方法计算出，1年的长度是365.2422天，两者相差很小。
影子的长短还可以用来测量地球的大小。公元前3世纪，居住在现在埃及亚历山大港的希腊学者埃拉托色尼，就用影子最早测量了地球的大小。
夏至这一天，在亚历山大港正南方的阿斯旺的枯井里，阳光直射井底，而在亚历山大港的影子却同竖直的木杆之间构成7.2度角。亚历山大港和塞恩之间相距800千米，用这种办法测出地球的圆周长是39500千米，和我们今天所采用的数值极为相似。我国唐代著名天文学家僧一行，也用类似的方法测量过地球的大小。
说过了地球公转所产生的现象，我们来看看它是怎样绕太阳公转的吧。地球沿椭圆形轨道绕太阳公转，每年运行一圈。地球在轨道上位置不同，运行的速度不相同，平均速度是29.8千米/秒。地球在轨道上位置不同，到太阳的距离也不相同。每年1月3日前后，日—地距离最短，等于14710万千米，这一点叫做近日点；每年7月4日左右，日—地距离最长，等于15210万千米，这一点叫远日点。
地球自转
地球有公转，有没有自转？这个问题只要参观一下北京天文馆立刻就能明白了。北京天文馆的大厅里有一只巨摆，它每天都迈着稳健的步子有节奏地、一下一下地摆动着。乍看，它活像一只摆钟，滴答滴答地走动着。可是，仔细看来，它摆动的平面相对于地面在不断地变更着。
这种变更是地球自转的反映。
这种摆叫做傅科摆，是1851年由法国物理学家傅科发明的。当时傅科在巴黎大教堂穹顶上安了一根长线，线的下端悬挂着一个大金属球，地板上画了一条白线，让金属球沿着白线摆动。开始的时候，金属球沿着白线一下一下地摆动着。
慢慢地，摆动的方向渐渐离开了白线，由东向西旋转着。几小时以后，金属球摆动的方向相对于白线转了一个很大的角度。在场的人都看呆了。
傅科摆
傅科对大家说：“看，谁也没碰金属球，它摆动的方向为什么会改变呢？不，这不是金属球摆动的方向有了改变，而是我们脚下的地球向东边转过去了。”
傅科的精彩表演和精辟的解释，使在场的观众活跃起来：“啊，我们见到地球自转了。”
现在看来，傅科的话只说对了一半。实际上，摆动方向的改变是地球自转产生的附加力作用的结果。在地球两极，这个力最大，只要24小时就能使摆动方向改变360度。到了北京，约要40个小时才行。如果在赤道上，你怎么也不会看到摆动方向有改变。如果傅科在赤道上做他的实验，则将以失败告终。
地球自转速度同地理纬度有关系，纬度越低，转动速度越快。在赤道上自转速度是28千米/分，在30度纬度地区是24.1千米/分，在纬度60度地区是14千米/分，在两极是0。
在现实生活中，有许多现象是地球自转造成的。我们稍微留心看一看，就会发现，太阳、月亮和一切星星都是从东方升起来，越过天空，从西方落下去的。这就是地球自转的反映。
除此以外，在阿拉斯加有一条自北向南流淌的育空河，它的西岸总显得比东岸险峻，而在西伯利亚由南向北流淌的鄂毕河，却总是东岸比西岸险峻。这两条北半球的河流，流动的方向虽然相反，但如果顺着河水流动的方向望去，它们都是右岸比左岸险峻，好像北半球的河水喜欢冲刷右岸似的。而在南半球，情况正好相反，好像南半球的河水喜欢冲刷左岸。
不仅河水是这样，炮弹也是这样。北半球打出去的炮弹往右偏，河水喜欢冲刷右岸；南半球打出去的炮弹往左偏，河水喜欢冲刷左岸。这些都是地球自转产生的地转偏向力作用的结果。这个力是法国科学家科里奥利发现的，所以又叫科里奥利力。
地球的自转不但对地面的河流和炮弹有影响，也拖着天上的风一起跑。海员们都知道信风这个名词。它在赤道以南是东南风，在赤道以北是东北风。它相当稳定，按时而来，从不轻易失信，因此人们称它信风。古代商人利用信风推动风帆，漂洋过海，从事贸易活动，因此它又叫做贸易风。
信风是这样形成的：在赤道地区，由于烈日当头，终年高温，空气受热上升，形成一个永久的低气压带。而在南、北回归线附近，则是高气压带。高气压带空气往低气压带流动，便形成风。
若没有地球自转的影响，赤道以南不远的地区应该刮南风，赤道以北不远的地区应该刮北风。实际上地球有自西向东的自转，而这种自转还带着它周围的空气一道转动，因此，当风向赤道吹的过程中，也受到一个地球自转产生的地转偏向力的作用，因而在赤道以南形成东南风，在赤道以北形成了东北风。由于地面上受热多少由太阳光直射点位置确定，而阳光直射点在一年当中定时在赤道南北来回移动，所以这种风按时而至，并在赤道南北来回移动。
气象学家指出，地球上有几个高低相间的气压带：在赤道附近是低气压带；在南北回归线附近是回归高气压带；两极是极地高气压带；在回归高压带和极地高压带之间是副极地低压带。各气压带间的风向，都受地转偏向力指挥，因此地球上形成了一系列南北相间的风带。除了前面讲述的偏东信风以外，在回归高压带和副极地低压带之间是著名的西风带。尤其在南半球，洋面广阔，受陆地地形影响少，常刮强劲的西风，因此，人们叫它咆哮的西风带。在副极地低压带和极地高压区之间，是偏东的极地东风带。
地球在飞快地自转，并且在地面上造成了许多严重后果，为什么我们长期以来没有觉察出来呢？关于这个问题，我国东汉时期的《尚书纬·考灵曜》一书中解释得很清楚。它指出：“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭窗而坐，舟行而不觉也。”
哥白尼也说过类似的比喻：“如果船只平稳地行驶，船外的一切东西，从船上看来，都好像是以船行的速度向后移动，以致船上的人误以为船和船上的一切东西都是静止的。这个理由，对于地球无疑也是适用的。”
伽利略的比喻更巧妙，他说：“试把自己和友人关在一只大船甲板底下的大房间里，如果船用均匀的速度运动着，那么你们就不可能一下子判断出船是在运动呢，还是静止着。你们在那里跳远的话，在地板上跳出来的距离就和在静止不动的船上跳出来的距离一样。你们不会因为船在高速度行进而向船尾跳得远些，向船头跳得近些……如果你丢掷一些东西给你的同伴，你从船尾丢向船头所花的力气，并不比从船头丢向船尾所花的力气更大……苍蝇也会四处飞行，而不会在靠近船的一边停留……”
哥白尼还说过：“地球同附在它上面的东西，包括水和空气在内，一起运动，因此，空气和其中的一切轻飘之物，如果没有其他力量的驱遣，看起来都应该是静止的。”
在这些话里，科学家们给我们指出，应该根据什么来判断我们地球在运动。根据和我们地球一起运动的树木、田野和房屋吗？
不行，这好像“关在甲板底下的大房间里”的人看到床和桌子是静止不动的一样，是察觉不了地球在自转的。他必须走到甲板上遥望两岸的树木、田野和房屋，才能判断船在运动。而根据树木、田野和房屋向后退去，才能判断出船在前进。
我们生活在地球这只巨大的宇宙飞船上，要察觉地球在运动，也只能依靠地球外面的参照物，这就是星星。太阳早上从东边升起来，晚上从西边落下去；月亮从东边升起来，从西边落下去；一切星星都是从东边升起来，从西边落下去。步伐是那样协调，行动是那样一致，这绝不是协商好了的，而是我们地球自转的结果。
“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”这概括了地球的两种运动：自转和公转。
知识点磁偏角
磁偏角是地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角。因指南针、磁罗盘是测定磁偏角最简单的装置，所以磁偏角的发现和测定的历史也很早。1702年，英国E·哈雷发表了第一幅大西洋磁偏角等值线图。根据规定，磁针指北极N向东偏则磁偏角为正，向西偏则磁偏角为负。磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与真正北方的夹角。
寻找自转的证据
旭日东升，白昼来到；夕阳西下，黑夜降临。地球上白天和黑夜的交替是地球自转的结果。
地球本身是不发光的，它依照反射太阳光辉而照亮。太阳只能照亮半个地球。所以向太阳的一面是白天，背太阳的一面是黑夜。由于地球在不停地自转，因此被照亮的部分和照不到的部分在不停地移动，这样就造成白天和黑夜交替出现了。
一年有春、夏、秋、冬四季，春去夏来，夏去秋来，秋去冬来，天气各不相同。有一首小诗描写了四时景色：“春水满泗泽，夏云多奇峰。秋月扬明辉，冬岭秀孤松。”
有人以为，四季变化是日—地距离变化引起的。从直观看，这似乎有道理。烤火的时候不是离炉火近热、离炉火远凉吗？
但四季形成的原因不在日—地距离的远近。1月3日前后，地球离太阳最近，应该最热，而在我们北半球，1月的天气最严寒。7月4日前后，地球离太阳最远，应该最冷，而在我们北半球，7月的天气最炎热。这同日—地距离关系正好相反。在南半球的冷热情况虽然符合日—地距离远近的关系，但它不是日—地距离远近变化引起的。有人做过计算，1月初地球从太阳那里得到的热量比7月初多7％。这样微小的差异，是不会引起那么大的寒暑变化的。
天文学家告诉我们，地球轨道面和赤道面不重合，即有黄赤交角存在，这就使得在一年时间内，太阳光直射地面上的位置不断在赤道两边来回移动。阳光直射的地方，地面接收的热量多，天气热，是夏季；阳光斜射的地方，地面接收的热量少，天气冷，是冬季。介乎这两者之间的是春季和秋季。因为太阳光直射的位置在不断地移动，所以地面上一定的地方接收的太阳热量有时多，有时少，这样，就形成了四季变化。
每年春分（3月21日左右）时，太阳光直射在赤道上，这时南半球和北半球得到同样多的阳光，白天和黑夜的长短正好相等，北半球气候温和是春天，南半球是秋天。
当地球的北极逐渐转向太阳，北半球接收的阳光越来越多，南半球接收的阳光越来越少。在夏至的时候（6月22日左右），太阳光直射在北回归线上空，北半球得到的热量多，是夏天；南半球相反，得到的热量少，是冬天。
地球的北极逐渐偏离太阳，北半球接收的阳光越来越少，南半球接收的阳光越来越多。在秋分的时候（9月23日左右），太阳光又直射到赤道上，地球上各地白天和黑夜都一样长。南半球和北半球接收到同样多的阳光，北半球是秋天，南半球是春天。
当地球的南极逐渐转向太阳，南半球接收的阳光越来越多，北半球接收的阳光越来越少。在冬至的时候（12月22日左右），太阳光直射到南回归线上，南半球得到热量多，是夏天。北半球则相反，是冬天。
地球在轨道上周而复始地运动着，太阳光直射到地面上的位置在南回归线和北回归线之间来回移动。这样，我们居住的地球上便出现了复杂多变的四季变化。
除了同一个地方不同时间季节不同以外，地面上不同的地方，由于得到阳光多少不同，温度高低也是不同的。
在赤道附近，太阳光直射，得到的热量最多，气候炎热；在南、北极地区，太阳光斜射，得到的阳光最少，气候寒冷；在赤道和两极中间的地区，得到的太阳光在寒带和热带之间，气候温和。因此，人们把地球上分成5个不同的气候带，它们是热带、南温带、北温带、南寒带、北寒带。
季节变化和气候带的分布是证明地球公转和自转最有力的证据。
磁化的球体
远在2000多年前的春秋战国时代，我国就发现了自然界的磁石（即磁铁矿）和磁石吸铁的现象。古人将磁石写作“慈石”，比喻磁石吸铁犹如父母慈爱子女一样。后来，人们开始用磁石来做指示方向的工具，叫做司南。
司南司南的样子像一个汤勺，它的下面是一个铜盘，刻有24个方位。勺可在盘上转动，停止转动后勺柄就能指示南方。现在，北京中国历史博物馆内有复原的司南模型。
到了宋代，人们拿一根钢针，放在磁铁上方，使钢针变成磁针，发明了用人工磁化方法制成的便于应用的指南针，而且还应用到航海上。
我国还发现了指南针所指的南北与真正南北略有偏离的磁偏角现象。后来，指南针传到了欧洲，对新航线和新大陆的发现起了很大的作用。可以说我国是世界上最早利用地球磁性的国家，而哥伦布是在发现新大陆途中才发现磁偏角的，比我国晚了约400多年。
司南和指南针为什么能指南北呢？人们对这一现象的认识曾经历了漫长的过程。有人曾经认为，指南针是受到遥远的北极星的吸引才永远指向北极星的方向。
但后来发现，悬挂的指南针越往北方移动时，指针北端越朝下倾斜，也就不再指北极星了。在北极附近，针北端指向球的北极，而针南端指向北极星。随着自然知识的增长，人们渐渐明白了，原来我们居住的地球也是有磁性的。地磁北极吸引着磁针的南极，地磁南极吸引看磁针的北极。指南针上的磁针在地球磁性的作用下，具有指极性，而也就能够指向南北了。
不过，磁铁在自己周围所产生的磁场（具有磁力作用的空间）范围是很小的。而地球磁场范围，可以延伸到地球外面10万千米以上的高空。所以我们说，地球是块“大磁铁”。
宇宙中的天体都普遍具有磁场。太阳的磁场强度是地球的几十倍。而有的恒星具有更强的磁场，强度为太阳的几万倍甚至上亿倍。像地球这样主要由固态物质组成的天体，磁场相对来讲比较微弱。但在类地行星中，地球的磁场要算最强的了。
恒星和太阳都具有较强的磁场，我们比较容易理解，因为这些天体主要是由等离子体所组成，而等离子体都是带电的微粒。带电微粒的运动能形成电流，产生磁场。
但是地球高空1000千米以上才有稀薄的等离子体，所以地球磁场的形成不同于太阳和恒星。
对于地磁场究竟是怎样形成的这个问题，是近半个世纪来才有了较明确的认识，而一些具体的问题依然没有得到彻底解决。了解人们怎样认识和尝试解决地磁场的成因问题的历程是非常有益的。
关于地磁的成因，长期以来人们始终认为：地球中心可能就是一个由铁元素组成的巨大的磁棒。也就是说，地球磁场是由于地球内部有一巨大的永久磁体，由它产生地球的磁场。
但是后来发现任何永磁体在高温下都会失去永磁性，而地核的温度非常之高，是不会存在永磁体的。后来发现电流会产生磁场的电流磁效应，又有人用地球内部有强大电流来解释地磁场。但地球有电阻，这强大的电流是如何产生和维持的呢？
问题依然未得到解决。后来又有人试图采用地球内有电荷旋转产生电流，或者地球内部巨大压力产生压电效应，或者地球内部温度不均匀产生温差电效应，或者地球由于自转获得磁矩……来说明地磁场的成因，结果都没有获得成功。
直到人们对地球内部物理状态有了深一步地了解和对地磁场观测结果的分析大量积累时，又提出了磁流体发电机学说，经过多年的补充和改进，才获得较普遍的承认。这一学说的要点是：地球内部在地幔与地核之间存在着主要成分是铁的金属流体，由于地球自转、温度和浓度上的差异等原因，金属流体会产生流动。
当其切割磁力线时就会因电磁感应而产生电势和电流，感生电流产生的磁场如果与原来磁场方向相同，就会使磁场增强（称为正反馈），从而又使感生电流增大；另一方面，金属流体的电阻又会消耗能量，阻碍电流的增加。
在一定情况下，此“发电机”的磁场达到稳定平衡，这便是所观测到的地磁场。最初的微弱的磁场可以由地球内部成分差异的电池效应和温度差异的温差电效应产生。这个发电机模型还可解释其他一些天体和星际磁场的来源，但由于数学处理上的困难，以及对地球、其他天体内部情况了解还不充分，因此这个理论还需要进一步发展。总之，目前关于地磁场成因的问题，总轮廓比较清楚了，但还有许多问题还需补充和解决。
我们相信，随着科学的进展，这些问题将会在不断的观测实验和理论探讨的深化过程中逐步得到解决。
地球是一个磁化了的球体，具有相当强烈的磁场。这表现为磁针在地球上受到磁力的作用，使磁针指向一定的方向，即磁力线的方向。
磁力线分布在地球周围。但磁力线的方向却因不同的地点而不同。在地面上有两个地点的磁力线是垂直的。在那里，磁针的方向垂直于地平面，这就是地磁两极，即地磁北极和地磁南极。习惯上人们把位于北半球的地磁南极叫北磁极（北半球磁极）；把位于南半球的地磁北极叫南磁极（南半球磁极）。
地磁两极和地理两极是不重合的，而且相距颇远。1975年测得地磁南极位于北纬北半球76.2度，西经100.6度，在加拿大北部巴瑟斯特岛的西北，离地理上的北极约1600千米；地磁北极位于南半球南纬65.8度，东经139.4度，在南极洲威尔克斯地东北，离地理上的南极1600千米。地磁北极和地磁南极的连线叫磁轴。根据目前观测，地磁轴和地球自转轴相交11.5度。地球这种偶校磁场的磁力线成轴对称地布满在地球的周围。
说明地球磁场状况的物理量有磁场强度、地磁倾角和地磁偏角，统称地磁三要素。
磁场强度是指磁场的各点所受磁极作用力的强度，地球磁场的强度单位采用来伽玛表示，地球的平均磁场强度为50000伽玛。
指南针的方向，也就是磁力线的方向与当地地平面常是不平行的，指南针对水平面是倾斜的，其所构成的俯角就是地磁倾角，叫做磁倾角。
由于地磁两极和地理两极并不吻合，从而地磁轴和地球自转轴也不重合。因此，地磁场的磁力线和地理经线之间就有偏角，这个交角就是地磁偏角，叫做磁偏角。在习惯上，总是以地理经线为标准。当磁力线在地理经线以东时的偏角，叫东偏角；当磁力线在地理经线以西时的磁偏角，叫西偏角。
在地磁三要素中，磁偏角是与我们关系最密切的一项要素。因为航海和航空在使用磁针测定方向时，罗盘上的磁针能指南北方向，但磁针指的不是地理上的南北方向，而是指的地磁南北，与我们所需要的地理南北方向有一个偏差，这个角度偏差就是磁偏角。
经过世界各地长期以来对地磁各要素的测量结果，人们发现地球磁场随时间的不同有明显变化，而又变化颇为复杂。一般来说，地磁场的变化分为两种，即长期变化和短期变化。
长期变化是一种比较缓慢地变化，初步推断是一种周期性变化。变化周期有的长达几百至几千年。长期变化在地面各点是不一样的，但它们的增减步调却一致。
在地图上把年变率相同的地点连接起来，可以看出全球有几个年变率最大的长期变化中心，磁场强度每年都有较大的增减。地磁场强度大约每1年减少5％，变化中心缓慢地向西移动，平均每年大约移动0.2度，也就是说，西移的速度大约是30千米/年。这是一个重要的地磁现象，有人认为它起源于地球内部深处，很可能起源于地核界面，是地核相对于地幔滑动的结果。
磁倾角和磁偏角的长期变化也十分明显，根据一些地方熔岩的磁性测定结果，1600多年来，磁倾角变化幅度达20度，磁偏角变化幅度超过20度。据地磁学家分析，在1922~1972年的50年间，北磁极位置移动了纬度2度，南磁极移动了纬度4度25分。
另外有人推测，在未来的200年左右，将发生一件罕见的地理事件：那时的指南针准确地指向北方，因为地球的北磁极将与地理北极“会师”。当然，这个时刻是短暂的，会师后的北磁极会立刻同地理北极分开，继续沿着自己的特定路线移去。
现在的实验观测表明，地球的磁场正在衰减，如果以目前的速度衰减下去的话，大约在1200年之后，指南针将失效。甚至在短时期内会出现“指向紊乱”现象；然后又会渐渐地（几十年或几百年）重新稳定下来，磁场强度也会由小变大，但此时的磁场方向不再是指南，而是指北了。
这就是说，原来的指南针变成了指北针。地球磁场的短期变化是地球外部因素引起的，例如太阳辐射、宇宙线和大气电离层的变化等。表现为每日地磁要素的变化，分为平静变化和干扰变化两大类了。
平静变化经常出现，规律性强，又有确定的周期。一天之中，磁偏角变化约为几分，强度变化为几十伽玛。这种变化还随地理纬度和季节、时间的不同而有所不同。
人们普遍认为，地球磁场的这种变化是太阳微粒子辐射影响的结果。这种辐射使地球大气层中形成一个巨大的电离层。由于日照的昼夜变化，使电离层导电率随之发生变化，形成电流，电流感应磁场并造成地磁场的昼夜变化。
干扰变化，又称磁暴。它经常发生在北方，有时也可能波及全球。持续时间为几小时，有时长达一昼夜。磁暴出现时，磁场强度发生大幅度的跳跃式变化，变化幅度可达几千伽玛。磁针不停地摆动，罗盘无法测量。
磁暴常常引起自然灾害，如使电力线损坏、铁路通讯联系中断、大变电站发生事故等，尤其严重的是短波无线电通讯效果变坏，甚至无法进行，威胁着航海、航空及宇宙通讯的正常进行。
磁暴是太阳活动与地磁场相互作用所引起的一种复杂的地球物理效应。与太阳黑子周期相关，具有11个周期。在太阳黑子相对数为极大值的年代里以出现急始型磁暴为主；在黑子相对数为极小的年份里以出现缓始型磁暴为主，急始型磁暴在整个磁暴总数中约占75％。
伴随磁暴的发生，常常在高纬度地区出现极光。极光也是自然界中的一种奇迹，据说一次北极光的能量相当于美国一天所用的电力。
知识点永磁体
能够长期保持其磁性的磁体称永久磁体。如天然的磁石（磁铁矿）和人造磁钢（铁镍钴磁钢）等。永磁体是硬磁体，不易失磁，也不易被磁化。而作为导磁体和电磁铁的材料大都是软磁体。永磁体极性不会变化，而软磁体极性是随所加磁场极性而变的。钢或其他材料能成为永磁体，就是因为它们经过恰当地处理、加工后，内部存在的不均匀性处于最佳状态，矫顽力最大。
地球的周期性变化
因为地球绕轴自转，恒星看起来是以很规则的方式穿过天空运行。每一颗星每天通过子午线，子午线是通过两极和头顶上一点的想象中的一个大圆。一天的长度可以用特殊的时钟（原子钟）精确地测定。
测量显现日长在0.001秒的量级上有微小的变化，这是因为构成地球的物质由于各种过程不断移动引起的。例如，地极的冰冠作季节性融化，使赤道附近的海平面上升几厘米，从而使地球自转变慢和日长延长。当旋转着的花样滑冰者张开他（或她）的双臂而减慢下来时，就是同样的效应。
这种减慢说明角动量守恒，这和自转物体（例如陀螺），假如不施加阻力它将继续转动不停这类经常观察到的效应一样，给取了这样的一个名字。因为角动量是物体大小与自转速度的乘积，物体大小增加了，它的自转就会减慢，海平面上升就是这种情况。因为冰冠融化依赖于每年的季节。这现象是周期性的，在一个长时期里平均应为零。
除了地球自转速率的周期性变化外，还有非常小，但明显的演化性效应的证据——一直减慢下来绝不复原，因而它不会平均到零。这已由日食观测所表明，日食是有规律的事件，发生的时间可以由地球和月球的轨道计算出来。
如果我们假定日长是常数，则可精确计算出在某个指定日食发生的时候，地球自转运动进行到什么程度，即使2000年前发生的也可以算。当然，地球的自转位置只由一天的时间给出；在某些情况里，古代日食观测者精确地记载下这些时间。天文学家发现古人所记录下来的时刻，要比根据日长为常数所预计的时间约早3小时。
最简单的解释是地球自转正在减慢，所以过去2000年来，地球自转的平均速率比现在的速度要大些。为了解释3小时的累积效应，我们必须假定在每1世纪当中日长增加0.0016秒。
如果我们把这个减慢数字应用到很长的时间跨度上，比如回到地质学家测定约为3.5亿年以前的泥盆纪，则一天的长度可能只有22.45小时；因此每年应有更多的天数，它等于24除以22.45即1.07——每年超出7％，总数为每年多24天。因此我们预料泥盆纪的一年必定为389天左右。
科学家用在巴哈马群岛找到的珊瑚的生长环检验了这个预计。他们发现现代珊瑚每年约生长360个环，而在泥盆纪珊瑚化石中这样的环约生长400个。如果像研究人员所认为的那样，每个环相当于一天的生长，这可能证明泥盆纪的一天比现在的一天短少粗略地预计的那个数量。
卫星拍摄的巴哈马群岛地球自转减慢下来的原因被认为是由于潮汐摩擦所引起的。当潮汐的隆起部分围绕地球滚动时，它与海底和陆地的摩擦阻止着潮汐流。摩擦力施加在地球上，减低地球的自转速率。因为摩擦生热，它最后作为辐射散失到空间中，所述能量永远消失掉，它不能回到原处复原成地球的自转运动。因此潮汐摩擦是不可逆现象的例子是一个演化现象。附带的一个效应是月球得到了地球失去的角动量，这时它缓慢地离开地球。
到现在为止我们处理了2种不同类型的变化：周期的和演化的。许多自然现象是周期性的。海洋、昼夜、潮汐和天气图形都是自然界中周期性的现象，它们至少是以大约可以预计的方式一再重复。
另一些现象，比如太阳辐射连续不断地衰变成红外辐射以及地球自转的减慢下来，不是周期的而是演化性的，其性质是自然界明显地正在演变成为一个完全新的不同状态。在地球自转因潮汐而减慢的情况下我们看到，这个减慢的估计值和根据2000多年的日食测量以及3.5亿年的珊瑚测量所得到的结果近于相同。
这个事实意味着潮汐减慢是演化的，而不是周期性的；这个效应是长时期时间上的积累，而不是周期性地自身重复。因为这一机制涉及摩擦，它基本上是一条单行道，当地球的自转能消耗掉，变成热因而最后成为红外辐射时，没有办法将能量又转变回到自转能。这就需要引起注意一件事，即太空可以无止境地吸收辐射而来的能量，却从来也不送回去。
宇宙的这个性质对于演化的发生似乎是需要的。关于生物，我们知道生命需要源源不断的能来维持它。特别是植物，它要吸收阳光并发出红外辐射来排除它多余的热，红外辐射最后散失在太空深处。如果宇宙像吸收红外线一样也辐射红外线，则天空在光谱的红外波段是明亮的，这将使植物没有办法排除多余的热，能量不久将停止，从而所有生物将会死亡。
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