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转贴]方向辨正——纠正几千年来的一个错误
提要：
由于我们直觉的错误，所以我们生活习惯上认为的东西方向和地理上规定的东西方向有很大的偏差，这就是航海、航空、气流、洋流在东西方向上经常出现偏向的主要原因，而非当今地理学以及物理学上所说的完全是由地球自转（科里奥利力）造成的。
关键词：地理方向、视觉方向、偏向
正文：
我们从小就学会了辨认方向，我们知道本地正午12点太阳所在的位置为正南方，我们面向太阳两臂左右平伸所指的方向为正东正西方。我们平时常好这样说：“我家的正东有座山。”等等。其实，我们这些判断都是错误的，因为我们这里认为的东西方向只是我们感觉上的东西方向，而不是地理学上规定的东西方向，我们所认为的正东方其实是地理上的东南方。为什么呢？
大家都知道，地理学上对方向是这样规定的：经线所指的方向为南北方，纬线所指的方向为东西方，东西和南北是垂直的。
其实，对于“东西和南北垂直”这一观念，在地理学的规定之前，即在用经线和纬线表示坐标之前，人类就已经形成了，这样代代流传下来，我们每个人在很小的时候就已经知道东西和南北是垂直的了，所以这一观念可以说是我们的一个直觉，而问题恰恰就出在这个直觉上。
假设在北纬30度的一点A上，一个人面向正南而立，左右平伸两臂，那么凭直觉，他就会认为他两臂所指的方向就是东西方，如果从他的脚下开始，沿着他两臂所指的方向在地面上画一条直线，则这条直线就是东西方向的。其实不是的。
这是因为人在竖直站立时，由于地心的引力，人的脚底是朝向地心的，当人面南站立而又左右平伸两臂时，两臂和身体这两条相交直线就决定了一个平面A，这个平面是经过地心的。这个平面A和地面的交线就是一个经过站立点并与该点的纬线相切的大圆B（平面A和大圆B很重要，请大家务必记住）。人从自己的脚下沿着两臂所指示的方向在地面上画的 那条直线其实就是这个大圆B。因为这个大圆B必过赤道，所以人在地面上画的那条直线实际所指的方向就是东南方和西南方，在南半球上则是东北方和西北方。
[图片说明：地球上的一点A站着一个人，面南而立，左右平伸两臂，过A点的纬度圈是AGFHA。 A点的地理上的东西方向在AGF（西方）和AHF（东方）；如果还考虑地面上和地面下的东西方向（即空间上的东西方向），则空间上的东西方向在以地心O为顶、过AGFHA的圆锥面O-BCDEB上（OAB线除外）（即这个圆锥面上所有的点都在A点的正东或正西）。A点视觉上的东西方向在平面A上（OAB线除外），贴着地面的视觉的东西方向在大圆线上，即图中的（东）和（西）。 若再假设大圆上有一点K（如图中所示），在这一点上有一座很高的灯塔，则A点的人会认为这座灯塔在他的正西方，显然是错觉。
为什么说A点的地理上的东西方向在圆锥面上？这是因为：
原文中我说的地理的东西方向只适用于地面，不适用于地面上和地面下（空间）。也就是说，贴着地面顺着纬线的方向是地理上的东西方向，这个方向显然是曲线。而在该纬度面中的地面的上方和下方就不是地理上的东西方向了。那么对于地面上方和地下的东西方向怎么确定？也就是问：纬度面所指的方向是不是也是东西方向？北纬30度的一点A的东西方向是不是分布在这个纬度面上？
假设在北纬30度的纬度面上有一点P，这一点在地面上方，它在该纬度线上的正投影为A。假设我们从A出发沿30度纬度线向西走一小段距离到达点G，那么点A当然在点G的正东方向。下面我要问：与点A在同一纬度面上的点P是不是也在点G的正东方？
当我们从点G出发，沿着30度的纬线向东走时，一定能到达点A，但是到达A时，我们却发现点P在我们的南方，而不是正上方，因为我们的身体和30度的纬度面是倾斜的。所以说，如果认为点P在点G的正东方就有问题了。所以说，纬度面所指的方向不是东西方向。
再例如，在点A上长一颗很高的树，树根当然在30度的纬度面上，那么树梢就不在30度的纬度面上，这样我们就会得到树根在点G的正东而树梢不是，这样就有矛盾了。
综上所述，所以点G的正东正西方不应该在30度的纬度面上，那么应该在哪里呢？应该在以地心为顶点，过30度纬线的圆锥面上。所以，地理上的东西方向，除了赤道和两极点外，都不是平面，而是圆锥曲面。视觉上的东西方向是个平面，同一点的视觉平面和那个圆锥面是相切的。]
为了叙述的方便，本文把地理上规定的方向称为地理方向，把人感觉上的方向称为视觉方向。
当一个人面向正东站立时，他把眼光上下移动，其实他的视线是在平面A内移动的。他会把平面A内的方向当作正东方，把平面A左面的方向当作东北方，把平面A右面的方向当作东南方。
而站立点的真正东西方向，即地理方向是由该点的纬线指示的，因为该点的纬度圈与该点的大圆B相切，夹角为该点的纬度数，所以该点的视觉东西方和地理东西方的偏差是该点的纬度数。在本问开头A点的那个人的视觉东西方和地理东西方相差30度。在赤道上，因为纬度圈和大圆B重合，所以视觉东西方和地理东西方一致。在两极点，视觉东西方和地理东西方偏差90度，所以在两极点没有东西方，只有南北方。
因为人与纬度圈之间是相互倾斜的，所以纬度圈在人的眼里则成了椭圆，真正的东西方，即纬线所指的方向，在人的眼里则变成了弯向东北和西北的曲线。A点的人，只有向南倾斜30度站立时，他的身体才会在纬度面内，他平伸两臂在地面上画出的 那条直线才是地理上的东西方向线。
总结以上的分析可知：因为人与纬度面是相互倾斜的，所以人的视觉东西方和地理东西方存在着偏差，偏差程度和纬度相等。
春分和秋分两天的早上，太阳从赤道面上升起，也就是从地理方向的东南方升起，但因为太阳在升起时要经过平面A，所以我们就看到太阳是从正东方升起的，这其实是错觉。
航海中，如果从海图上查到目的地和轮船在同一纬度上，即目的地在轮船的正东方，可是当轮船向正东行驶时，它其实是向东南方行驶的，所以最终它要驶到赤道上去。
这种偏向的运动，还有气流、洋流等自由运动物体在东西方向上的偏向运动，主要就是由这种大圆B和纬度面相倾斜造成的。而当今地理学和物理学则认为是由地球自转产生的惯性力——科里奥利力造成的，这是错误的。在南北上的偏向运动是由科里奥利力造成的，而在东西方向上的 偏向运动则不是的。因为即使地球不自转，在东西方向上仍然会有偏向运动。
举个例子来说：假设地球表面光滑，不自转。在北纬30度的一点上放一个球，我们向正东方向上推它一下，时它自由运动下去，那么它就会沿着大圆B向东南运动，而不可能沿着纬度圈运动，所以仍然会造成偏向。
好了，就写到这里，如果有谁对此有 兴趣，我们可以再讨论。
最后出3个小问题，给大家练练笔：
1 假设地球是个正球，半径为R，一个人从东经0度、北纬N度开始一直向着他感觉上的正东行走，或者他带着指南针（假设磁极和地极重合），按指南针所指的正东行走，请问他在赤道的落脚点的经度是多少？（提醒一下子：这个问题绝不是画一个大圆B就解决了的，因为人每向前走一步，他的纬度都要变化，他所看的正东方的角度也要变化）
2 一个人站在北纬40度、东经120度这一点上（假设是上图的A点）；在该纬度、东经115度上（假设是上图的G点），有一高30公里的灯塔，这座灯塔当然在A点的正西，即整个塔身都在上图的圆锥面上（以地心O为顶、过40度纬度圈的圆锥面）。现在问：在A点的人开来，该灯塔在什么方位？
（提示：人的视线和人的身体构成了一平面，这个平面必过灯塔和地心，只要求出这个平面和上图中平面A的夹角即可。因为平面A是这个人的视觉上的西方，所以平面A是他的判定标准）参考答案：西偏北1.6度，塔顶的仰角为0.6度（假设地球的半径为6370公里，并忽略人的身高和空气的折射）。
3 一个人站在北纬40度某点，看到正东方水平位置有一山尖，并测出此山尖距他20公里，问此山尖的真正坐标是多少？
以上三个问题均假设地球是个标准球体。
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发表于 2007-12-11 00:23:53
