两小儿辩日，孔子该怎么应答？

《列子》是战国时代的古书，其中这么一则故事：

孔子东游途中，碰见两个小孩在争辩。争辩什么呢？到底是清晨的太阳离人近些，还是中午的太阳离人更近？
一个小孩说：初升的太阳大如车盖，到中午时像个盘子；近了看着大，远了看着小，所以清晨时太阳更近。另一个小孩却说：太阳初升时凉飕飕，到中午时暖烘烘，距离远就凉，距离近才热，所以中午的太阳更近。
两个小孩各执其理，相争不下。旁听的孔子也无法应答，反而遭到了嘲笑。

这当然只是个故事。不过我想问：假如是你碰到这样的问题，该如何解释呢？

首先，两个小孩的说法都不正确。

因为地理学告诉我们：同一天的早晨和中午，太阳到地球的距离是一样的。

那么，为什么初升的太阳看起来更大呢？

这主要是因为视觉偏差。清晨天色较暗，地平线上又有树木、屋顶、山峰等较小的参照物，所以太阳显得更大。黄昏日落时也是如此。中午光线明亮，太阳高悬于广袤的天空，所以看起来就显得小些。

那么，为什么中午比清晨感觉更热呢？

这牵涉到一个重要的地理问题，即：地表受热与气温变化过程。

地表升温，是因为地球被太阳辐射。尽管地球接受的只是太阳总辐射能量的几十亿分之一，但却是地球能量的最大来源。地球上植物生长、空气运动、水循环，乃至煤炭、石油的能量，都是直接或间接来自于太阳辐射能。

但是，地表接受太阳辐射是不平均的。

我们可以把太阳光看作一组平行线，而地球表面是球形的。纬度不同的地点，地平线与太阳光的夹角也不相同。

这个夹角叫作“太阳高度角”。

当太阳直射赤道时：赤道的太阳高度角为90度；在北纬30度，太阳高度角就是60度；在南纬50度，太阳高度角就是40度。越靠近南北极点，太阳高度角越接近0度。

也就是说，当太阳直射赤道时，各地的纬度与当地的太阳高度角互为余角。这个不难理解，自己拿张纸画画草图就一目了然。

夏天广州很热、哈尔冰凉快，并不是因为两个地方离太阳远近不同，而是因为两地的太阳高度角不同。

同理，一天当中早晚凉快中午热，也不是因为太阳距离有变化，而是因为不同时刻的太阳高度角不一样。

但我们要注意：地表温度和我们感觉到的气温不是一个概念。

所谓气温，是指近地面空气的温度；而不是地表的温度。在炎热的夏天，城市路面的温度可以高达70度以上，甚至能烤熟鸡蛋，但气温绝不会有那么高。

地球包裹着上千公里厚的大气层；这是地球的保护层，也是地球的保温层。如果没有大气层，我们每天必须穿着宇航服才能生存。

太阳辐射是一组复杂的电磁辐射，除了包含可见光，还有波长更长的红外线、波长更短的紫外线和其它高能射线。

当太阳光射向地球时，高能射线被地球磁场屏蔽。在南北两极，偶尔会看到炫目的“极光”，那是高能粒子流与地球磁场、高层大气相互作用而产生的现象。

太阳光穿越大气层时，大多数有害紫外线被大气中的臭氧层吸收；可见光和红外线也有一部分被大气吸收、反射或散射，其余的到达地表。

为什么我们看到的天空是蓝色的？

是因为可见光中包含了“红橙黄绿青蓝紫”七种波段的光，而大气对蓝紫光有较强的散射作用。如果没有大气，天空又会是什么颜色呢？应该是黑色的天幕。

为什么清晨或黄昏的太阳常常是一轮红日呢？

是因为清晨薄雾或暮霭中，有较多的水汽和二氧化碳，它们反射了大部分蓝绿光，而波长较长的红光、黄光却可以穿云破雾。所以，交通警示灯也采用红灯。

当太阳光到达地面后，地球开始蓄热，地表开始升温。地表在升温的同时也释放热量，将近地面空气慢慢加热。所以从清晨到中午，我们感觉气温在上升。

为什么我们感觉最热的时候不是正午12点，而是午后两三点呢？这是因为近地面空气是靠地表加热，而地表从吸热到放热有一个时间差。

同理，我们感觉气温最低的时分并不是半夜，而是日出前的凌晨。

因为在夜里，地表还在释放一部分余热，而白天被地表加热的空气，会将一部分热量还给大地，这叫“大气逆辐射”。到日出之前，地表余热和“大气逆辐射”到达最低，所以此时气温最低。

这个过程可以概括为：“太阳照大地，大地暖大气，大气还大地”。

理解了这个过程，我们就能解释：为什么一天当中的气温最高点会出现在午后两三点，而不是正午；气温最低点出现在凌晨，而不是半夜。

同理，我们也能解释：为什么一年中最热的时候不是夏至，而是夏至后的三伏天；一年中最冷的时候也不是冬至，而是冬至后的三九天。

这期谈到了不少物理知识，目的在于讲清楚太阳辐射与地球受热过程。这其中，太阳高度角是一个关键概念，它是理解地球气候变化的“第一把钥匙”。

今天就聊到这里，我们下期继续。

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