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《兩小兒辯日》是六年級語文課本上的一篇古文，爭論的是太陽何時離我們更遠。如何從物理視角解釋這一問題？來看這幾位初三同學的分析>>>

撰文/王瑛璇 曾雅喬 遲滸辰（北京市陳經(jīng)綸中學）

編輯/劉昭 新媒體編輯/李云鳳

《兩小兒辯日》是我們在六年級語文課本上學的一篇古文，出自《列子·湯問》，原文如下：孔子東游，見兩小兒辯斗，問其故。一兒曰：“我以日始出時去人近，而日中時遠也?！币粌涸唬骸拔乙匀粘醭鲞h，而日中時近也?！币粌涸唬骸叭粘醭龃笕畿嚿w，及日中則如盤盂，此不為遠者小而近者大乎？”一兒曰：“日初出滄滄涼涼，及其日中如探湯，此不為近者熱而遠者涼乎？”孔子不能決也。兩小兒笑曰：“孰為汝多知乎？”

小學的時候我就一直好奇，他們兩個人到底誰說對了呢？究竟太陽何時離我們遠呢？為了解決這個問題我們深入學習了相關(guān)物理知識，今天我們從科學的角度來分析“兩小兒辯日”。

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太陽何時離我們遠?

日地距離是指日心到地心的距離,由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，每一時刻地球上的每一個位置與太陽的距離都在變化。其中主要變化是由于地球公轉(zhuǎn)引起的，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道為橢圓如圖1，其中半長軸為1.496×1011m，半短軸為1.4958×1011m，焦距為5×109m，其偏心率為0.0167。地球公轉(zhuǎn)一圈大概需要365天，而早上到中午僅經(jīng)歷約6個小時，所轉(zhuǎn)過的角度。假設(shè)如圖1所示早上地球位于A點，那么中午地球位于B點已知太陽半徑r=6.955×108m，如圖1所示CC’=c+2r=6.391×109m。設(shè)CB=R，則C’B=2a-R，根據(jù)余弦定理，列出方程，可以求得R=1.47094×1011m，CA=1.47100×108km。變化量為0.0001億千米，相對于整體極其微小，可以忽略不計。所以其實太陽距我們的距離在一天之內(nèi)我們認為是不變的。

圖 1

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為什么中午我們會感覺熱呢？

根據(jù)上述的分析，我們知道我們距太陽的遠近在早上和中午近似相同，所以距離不是影響我們對溫度感知的主要因素。人體所感知的溫度，主要是空氣溫度即氣溫，空氣中的熱量主要來源于太陽輻射（指太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流）。太陽的輻射到達地面后，一部分被反射，一部分被地面吸收，使地面升溫。地面再通過輻射、傳導和對流等方式將熱量傳給空氣，這是空氣中熱量的主要來源。影響地面溫度的因素主要有三點：熱量積累，能量密度和能量削減。

從熱量積累方面來看：夜間天上掛的是明月，沒有太陽、沒有輻射，因此大地也沒有太陽輸送的熱量，導致氣溫不高；而早晨天剛剛亮，太陽輻射較小，且地面沒有一定的熱量積累，與空氣溫度溫差較小，幾乎不向其傳遞熱量，導致早晨“滄滄涼涼”。而到中午時，地面經(jīng)過近6個小時太陽的照射而積累的熱量，使得地面與空氣具有較大的溫度差，地面向空氣傳遞熱量，空氣溫度升高，人體感知的溫度也隨之升高。因此“日中如探湯”并非“近者熱而遠者涼”。

從能量密度方面來看：地面輻射量與太陽輻射緊密相關(guān)。太陽輻射的能量在各個方向上是均勻分布的。如圖2所示，早上，太陽斜射向大地，因為地球是球體，它的切面是弧形，所以照射的單位面積更大；中午，太陽直射地面，這時它照射到的地面面積比早上的小。因為太陽對地球釋放的太陽輻射蘊含的能量在單位時間內(nèi)是一定的，所以中午照射到的地面面積小，能量密度大，這也會使得中午地面溫度高，空氣溫度高，人體感知溫度高。

圖 2

從能量削減方面來看：由于早晨太陽高度角小，穿越的大氣路徑長，因此大氣對太陽輻射的削弱作用會更大，到達地面的太陽輻射就會更弱；但在中午時，太陽的高度角大，穿越的大氣路徑短，大氣對太陽輻射的削弱作用小，到達地面的太陽輻射大，這也是使得中午大氣溫度高于早上的原因之一。

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為什么早上我們看到的太陽大？

早上與中午的日地距離幾乎不變，那么為什么我們看到早上的太陽會大呢？是眼睛欺騙了我們嗎？

通過初中物理的學習我們知道人眼的晶狀體可以被視為一個凸透鏡，當不同波長的光同時通過人眼晶狀體時，波長短的光焦距短，落在視網(wǎng)膜前面；波長長的光焦距長，落在視網(wǎng)膜后面。因此在視網(wǎng)膜上的成像清晰度就有一定的差別，長波長的暖色成像焦距不準確，在視網(wǎng)膜上形成的像模糊不清，具有某種擴散性；短波長的冷色成像比較清晰，具有某種收縮感。這就是我們平常凝視紅色時會產(chǎn)生眩暈現(xiàn)象的原因，如果我們改看青色就沒有這種現(xiàn)象了。因此從同一個位置發(fā)射不同顏色的光，暖色系的光會讓人覺得距離更近，而冷色系的光往往會讓人覺得距離更遠。早上的太陽是紅色的，中午的太陽是白色的，所以人們覺得早上的太陽更遠，中午的太陽更近。

這樣的視覺錯誤還有很多種，如圖3所示。這些視覺錯誤會影響人們對距離、大小的判斷。如圖3(a)所示，人們往往會覺得中心白色塊比黑色塊大。如圖3(b)所示，人們往往會覺得中間的灰線是斜的。這就是色彩的膨脹感與收縮感。

圖3（a）

圖3（b）

在視網(wǎng)膜成像時，人眼晶狀體不同部分對入射光線的折射能力不同，使光線經(jīng)折射后不再能匯聚在一點從而產(chǎn)生像差，使對比度強的圖形輪廓界限部分發(fā)生對比加強的邊界效應(yīng)，亮度較高的物體在視網(wǎng)膜上所成像的輪廓外就好像有一圈光圈圍繞，使物體在視網(wǎng)膜上的成像擴大，看起來就會覺得比實物大一點，即“光滲現(xiàn)象”（白色的形體在黑色或暗色背景的襯托下，具有較強的反射光亮，呈擴張性地滲出）。當早晨太陽升起時，周圍是暗色的天空，太陽會因為人眼對比，顯得更加明亮，讓人感覺非常大；而中午時，天空與太陽顏色相近，太陽與其亮度反差不大，因此顯得較小。

此外，形狀的對比也是導致觀察到早上和中午太陽大小不同的原因之一。同一個物體放在比它大的物體群中會顯得很小，而放在比它小的物體群中就會顯得很大。比如一個西瓜，放在一盒櫻桃附近，就會覺得它很大；而將這個西瓜與完整的菠蘿蜜果實放在一起時又會覺得西瓜很小。同樣的道理，日出的太陽周圍多是樹木或者房屋，相對照下的太陽就會顯得大；而中午時，太陽在天空中，對比之下就會顯得太陽較小，這就導致人們對太陽大小的認識是早上大中午小。

兩小兒的爭辯來源于他們看待問題的角度較為片面。在科技逐步發(fā)展的今天，我們在不斷的探索和思考中越來越接近事物本質(zhì)。科學的發(fā)展與完善總是伴隨著批判與反思，不管是出于對自然界現(xiàn)象的好奇，還是出于對推動人類歷史進步的責任擔當，中國古代兩小兒獨立思考和大膽質(zhì)疑的精神都值得被我們永久傳承。

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