包裹同样体积的固体，球面拥有最小的表面积。在球面上，不同区域之间 的最大距离在各类封闭表面上也是最小的。所以地球上的居民们，表面上感觉 他们在地球上天各一方，而实际上因为地球球面的性质，他们相互间的距离其实是最短的①。这样一来，地球形状的一个显著结果就是，分散在全球各处的 人们互相之间传递知识、信息以及工业、农业产品就变得非常容易了。
6.地球的大小--说出关于地球大小的一串数据其实很容易：它的两极直 径是7900英里，赤道直径是7927英里，赤道周长是24902英里，但是要对这些 数据有真实的概念可就没那么简单了。还好我们在生活经验中切身感受过地球 表面的某些距离，所以如果将其他一些距离拿到经验中来做个比较，也许理解 起来会更加容易。
有个好办法就是画一条直线，用它的长度代表我们日常感知的距离，然后 按比例画出其他直线代表我们希望感受一下的较长距离。无论用什么样的我们 日常接触的距离来比较，地球的尺寸都太大了，据此我们也可以想象，比地球 尺寸大得更多的星星之间的距离将是多么的渺远无尽。
7.地球不规则外形对生命的影响--尽管就地球本身的尺度而言，其表 面的不规则程度并不显著，但若和生存在上面的人与动物比起来，这影响可就 不小了。地球上一些山脉高不可攀，而海底许多地方直到今天依然深不可测。 耸立的高山和宽阔的海洋成了动植物无法跨越的障碍，也让人类感觉到要征服 它们真的非常困难。
这些被高山大海分割开来的各个地域，无形中为不同的植物种类、动物 种群乃至不同人种提供了繁衍生息的保护地带，让它们可以不受干扰地彰显各 自不同的特征。在人类还未征服的这些地方，依然有少数与世隔绝的人群在这 里过着与世无争的日子，比如苏格兰高地以及美国阿巴拉契亚山区的当地居民 们。地球表面温婉多姿的不均衡也导致了湖泊与河流的形成，这也为不同地域 之间互相交通打开了方便之门，也为我们进入一些人迹罕至的处女地提供了通 道。这些水路作为交通要道，在很早的时候就已促进了商业贸易的进步，慢慢 到后来，在很大程度上也为内陆的殖民拓展创造了条件。
在广袤无垠的平原和高原地带，高山大海成了大自然设立的天然屏障，动 植物与人类得以在漫长的岁月中共处一隅，并且为了生存各尽其能，努力成为 区域的统领。而最终，它们却成为了一个相互依存的整体，并没有发展成为完 全独立的生物种群。这里的天地不会为弱者提供避难所，因为除了让自己的特 性适应外部世界以外，它们别无选择。
8.地球的内部--人们向地球内部钻探的时候，当钻探达到一定深度，太 阳的热能已经无法深入那里，可是人们发现钻探得越深，温度反而越高。从这个温度逐渐升高的趋势来看，地球内部深处的温度一定非常之高，压力也会非 常之大，不过，那里应该可能没有液态的岩层②。因为如果有的话，地球外部 空间物体的引力将会改变液态岩层的形状，但是钻探的结果告诉我们它们却像 钢铁一般坚硬。
靠近地球表面的低温部分就是地壳，它到底有多厚还没人知道③。地壳是 我们最感兴趣的部分，因为我们只能对这部分加以观察与研究。
9.形成白天黑夜的原因
实验8：（1）在一间黑暗的屋子里拿一个小球，在球的不远处放置一颗光线 强烈的小灯泡。现在转动小球，让转动轴垂直于球与灯的连线。小球有多少部分被 照亮了？被照亮的都是相同的部分吗？被照亮的部分中，是否有一些区域的照亮时 间总是多于其他一些区域？现在保持转动轴方向不变，把球转到灯泡的对面，转 动过程中，小球被照亮的区域是否发生了变化？如果是的话，是什么变化呢？
（2）现在将转动轴平行于球与灯的连线，再转动小球，这时小球有多少 部分被照亮了？被照亮的都是相同的部分吗？被照亮的部分中，是否有一些区 域的照亮时间总是多于其他一些区域？现在保持转动轴方向不变，把球转到灯 泡的对面，转动过程中，小球被照亮的区域是否发生了变化？如果是的话，是 什么变化呢？
（3）现在再让转动轴跟球与灯的连线成一定夹角，再转动小球，这时小 球有多少部分被照亮了？被照亮的都是相同的部分吗？被照亮的部分中，是否 有一些区域的照亮时间总是多于其他一些区域？现在保持转动轴方向不变，把 球转到灯泡的对面，转动过程中，小球被照亮的区域是否发生了变化？如果是 的话，是什么变化呢？
我们之前已经说过，先民们认为地球是宇宙的中心，日月星辰都围绕着地 球转动。今天我们已经知道，其实是地球自西向东的自转造成了太阳在我们眼 里的东升西落，以及形成了白天与黑夜。
另外，一个人向光源运动和光源向着这个人运动，在这个人自己眼里看来 当然是没什么区别的。随着地球的自转，我们也被带着不时面对和背向太阳。 我们说太阳高高地升在太空上，其实是因为地球的转动，让地球、太阳和我们 的身体慢慢靠近，最后成了直线。
在我们日常的方位观念中，当我们说下的时候，我们指的是朝向地球中心 的方向，说上，则指的是相反的方向，这是两个即使地球没有自转，我们也能轻易判别的方向。这样一来，我们判别其他方向也就有了依据，我们把太阳升 起的方向叫东，把太阳落下的方向叫西，垂直于东西向，或者换句话说平行于地 球自转轴的方向我们叫做南北。于是，指南针罗盘上的方位，以及白天与黑夜， 就这样因为地球的自转而可以被我们清晰判别。还有北极星，它对出海航行的船 员们非常重要，因为他们就是靠它在茫茫大海上辨别方向，这颗星就正好处在 地球自转轴的延长线上。地球的自转同时还为我们判定时间提供了途径。
正如我们在上面的实验中看到的那样，转动轴的方向与球面上不同区域 接受光照的多少关系极大。向光源倾斜的半球会有更大的受光面，因此在转 动过程中，它上面每一部分接受光照的时间都比背向于光源的半球上的同区 域要长。
由于地球的自转轴跟地球与太阳的连线存在一定夹角，所以地球受太阳照 射的情形很类似于上面小实验中的最后一种情况。也因为这个原因，一年之中 白天与夜晚的时长也会呈现变化，比如夏天是北半球向太阳倾斜，而在冬天则 朝向反方向。
10.地球围绕太阳的运动--地球每天不仅自转，还绕着太阳公转，不断 变换着与天上其他星星的相对位置。这个公转的速度非常大，达到平均每秒钟 19英里。地球这样围绕太阳运转让我们可以用来测定时间，完成一次公转，我 们就叫做一年，一共需要365天多一点的时间，因此我们把一年设定为365天， 然后每隔四年增加一天来弥补多出来的误差。
地球围绕太阳的运转轨迹不是一个标准的圆，而是一个椭圆，它类似于一 个圆但是却有一条直径长于其他所有直径。它可以用下面的办法画出来：在一 张纸上用大头针固定两个点，之间隔开一定距离，然后在两点之间系上一根绳 子，绳子的长度数倍于两点间的距离，再用一支铅笔抵在绳子的最大弯曲处， 沿着绳子划弧完成一个整圈。
大头针穿过的这两点叫做椭圆的焦点，很容易发现，这两点的每一点都比 另一点更靠近各自的半边弧线。如果把一个物体放到其中一个焦点上，另一个 物体沿着弧线运动，当它经过两焦点连线的延长线的一端时，这两个物体会离 得最近，经过另一端时，它们会离得最远。
太阳就位于地球椭圆轨道的一个焦点上，所以地球与太阳之间的距离在一 年之中总是在不断变化，其最大差值达到300万英里，而地球到太阳的平均距 离是9300万英里。我们可能感到奇怪的是，我们在每年一月离太阳最近，而在七月离太阳最远，但我们并不是在一月最热，这是因为我们北半球在一月份是 偏向太阳外侧的，导致我们所接收的光热比在七月偏向太阳时少很多，尽管这 个时候我们离太阳最远。
11.纬度区间--由于地球的自转轴与轨道平面成23.5°夹角，所以太阳 光线在一年之中总会有一段时间，垂直照射在赤道南北两边23.5°范围内的区 域，我们把这个区域叫做热带。一年之中还会有一天，完全没有阳光照射到 偏离南北极23.5°的范围之内，这个区域被一条偏离极点23.5°的纬度环线包 围，我们把这个区域叫做寒带。把热带与寒带之间的区域叫做温带，我们就生 活在北温带里面。
即使由于太阳的直接影响，形成了很容易区分的平行纬度区域，但也因为 一些其他因素的影响，不同纬度区域的温度却并不是很有规律。例如，像位于 寒带的哈默弗斯特等一些地方，其平均温度远远高于一些位于温带的地方，比 如拉布拉多。所以就温度而论，平行的纬度并不是明显分界线，这个我们以后 还会详细讨论。
12.四季形成的原因--由于地球自转轴与其轨道平面存在一定的倾斜 度，上下半球便会在不同时间侧向或者背向太阳。在北半球侧向太阳的半年 中，太阳光将会持续不断地照射北极，所以那里就会一直没有夜晚。这在期 间，整个北半球的白天也都会比夜晚更长，阳光也会比一年之中其他时间更加 垂直地照射到北半球上。
阳光越是垂直照射，它所传递给照射区的光与热就越多。而北半球能够 在夏天接受更多的热量还不仅仅是因为阳光的垂直照射，更由于白天的时长增 加了。太阳的光热在其向北半球偏移的过程中持续增加，直到最后太阳完全垂 直照射到北回归线上，这个情形会发生在每年的6月21日，也就是我们所称的 "夏至"这一天。这一天我们的白天最长，夜晚最短，但还并不是最热的时 候，因为热量还会逐渐累积一段时间。在这期间，该区域接受的热量比散发的 热量要多出许多。
从这一天之后，北极侧向太阳的倾斜度开始慢慢变小，直到9月23日这一 天，太阳完全垂直照射到赤道上。北极也从这一天开始背离太阳，直到12月21 日④，太阳垂直照射南回归线，也就是它所能到达的最南端，这一天我们北半 球白天最短，夜晚最长。然后等到次年3月21日，太阳又垂直照射到赤道上， 北极偏离太阳的倾斜度已大为减少。太阳经过赤道的这两天，我们分别叫做"秋分"（9月23日）和"春分"（3月21日），在这两天，地球上白天和夜晚 都一样长。
一年之中，一段时间内我们感受到的热量与另一些时间大不一样，这样的 时间性的差别我们就叫做季节。在南北回归线之间的地带，一年之中这里白天 时长和太阳照射的方向的改变非常小，接收的热量改变得也很轻微，因此这里 几乎没有季节的变化。但是在南北极，由于这里有6个月的极昼然后6个月的极 夜，因此季节的差别极其显著。中纬度地区，季节变化虽也明显，但并不像极 地那么极端。
13.时间的测量
实验9：在天气晴朗的时候，在户外放置一个日晷，让其暴露在太阳下， 并且精准地校准它，然后将它的读数和一只精确手表的读数进行比较。大部分 结果是，手表上跟列车时刻表上的时间一致，而日晷的读数会有些差别⑤，除 非你正好处在子午线上。
准确测定时间的确是一件非常困难的事情，它需要高超的技巧和非常精密 的仪器设备，但若只是判定一个太阳日的长度，也不算太难。以前还没有钟表 的时候，每天人们用日晷来判定时间，它是一个垂直标杆立在一个水平刻度盘 上，用标杆的影子来读取刻度，进而显示时间。从一天中午，或者标杆阴影最 短的时候开始，直到第二天标杆阴影在同样最短位置的时候，中间经过的时间 就是一个太阳日，再把它分成24等份，每一等份我们就叫做一个小时。
标杆最短阴影的方向沿着一条南北走向的直线，因为这时太阳正好处在 东西地平线的中间位置。由于每个太阳日之间的时间差别很微小，且这里我们 暂时不解释其成因，于是我们把一年之中平均的太阳日时长分成24等份，这样 就得到了小时的时长。无论民间还是官方，都把一天的开始约定在每天的子夜 凌晨，而不是中午。判定精确的时间非常重要，显而易见，美国各地比如华盛 顿、马雷岛、旧金山的海军气象观测台必须保持高度精确的统一时间，全国各 地每天精确收发的电报也体现了这一点。
一天的时间也可以通过一颗星星两次经过天顶来判定，这叫做恒星日，其英 语单词Sidereal就是拉丁语"星星"的意思。一天的时间还可以通过月亮两次经过 天顶来判定，这叫做太阴日，其英语单词Lunar也是拉丁语"月亮"的意思。
如果一个人在中午开始自东向西地环球旅行，且航行速度与太阳保持一 致，这样他会发现太阳始终在他头顶，即使旅程过去24小时的话，他也没有经过一天。但是当他回到家的时候，他会发现已经是第二天了。所以如果向西做 环球旅行，我们必须把时间回拨一天，反之向东的话，则必须往前拨一天。全 世界公认的需要调整日期增减的地点就是国际日期变更线，它大致沿着180° 经线在太平洋上延伸。
