“星星每天都在圍繞北極星順時針旋轉”嗎？

胡方平

本文針對教科版小學科學五年級下冊《北極星“不動”的秘密》一課，對星星旋轉的方向進行了分析，闡述了觀測星星旋轉方向的原理和正確方法，指出了教材中所說的“星星每天都在圍繞北極星順時針旋轉”這一科學錯誤。

在教科版小學科學五年級下冊《北極星“不動”的秘密》（第82頁）一課中，有關于星星旋轉方向的描述，如圖：

這里面，涉及了“相對運動”和“運動方向”的概念，為此，教材在前面一課《誰先迎來黎明》中有專門的探究來幫助學生理解，如圖：

在看了書上的介紹后，我對以上這些內容進行了仔細分析，發現書上關于星星旋轉方向的說法是錯誤的，應該予以糾正。

下面談一談我對這個問題的認識。

首先，書上第80頁“確認地球自轉方向”一節中講了兩個生活中的例子，第一個是通過在行駛的車上看窗外的樹林，讓學生理解車和樹林是一種“相對運動”，運動方向是相反的。第二個是坐在轉椅上看周圍的景物，讓學生理解轉椅和周圍的景物也是一種相對運動，運動方向也是相反的。粗看起來，這似乎很符合我們的常識，想起來也理所當然。但是，仔細想想，事實卻并非如此簡單，書上的這兩個例子不是同一類問題，而是截然不同的兩類問題，有著兩個截然不同的理解和結果。第一個在行駛的車上看窗外的樹林，這可以理解為一種相對的平移運動，汽車從東向西，那車上的人看到的景物肯定是反方向運動的，也就是從西向東運動的，這個沒有錯。但第二個例子坐在轉椅上看周圍的景物，這不是一種相對的平移運動，而是一種相對的旋轉運動，它沒有固定的“東”和“西”作參照，不能和第一種例子混為一談。

那么，做相對旋轉運動時，兩個物體的旋轉方向也是相反的嗎？

為了說清楚這個問題，首先要來說一說怎樣觀測并確定旋轉的方向。假如旋轉的面水平的話，那作為觀測者要么站在旋轉面上方從上往下觀測（俯視），要么站在旋轉面下方從下往上看（仰視），只能從這兩種觀測點來觀測。如果從旋轉面的側面來觀測，那么觀測者就看不到做圓周運動的旋轉面，從而無法確定是順時針旋轉還是逆時針旋轉。

第二，分別站在這個水平旋轉面的上方和下方來觀察這同一個旋轉面，那

第二，分別站在這個水平旋轉面的上方和下方來觀察這同一個旋轉面，那么會得出不同的結論，如果在上方從上往下看（俯視）看到的是逆時針旋轉，那么在下方從下往上看（仰視）看到的卻是順時針旋轉。所以，站在不同的觀測點來觀測，觀測的結果是不同的。因此，要確定旋轉的方向，首先要確定怎樣觀測，也就是從哪一個觀測點來觀測，以什么方式來觀測，這非常重要，因為它直接決定了觀測的結論。

所以，以上兩點說明觀測旋轉運動時首先應明確觀測點和觀測方式。

那在第二個例子中，坐在椅子上的人分別是以怎樣的觀測方式來觀測椅子的旋轉方向和周圍景物的旋轉方向的呢？書上講到“坐在轉椅上，如果順時針轉動轉椅……”，這里觀測者肯定是站在轉椅的上面來觀測轉椅的，也就是觀測點在轉椅的上方，觀測者是俯視的。而對于周圍的景物，觀測者是怎樣觀測的呢？書上很模糊，沒有說清楚，圖上似乎觀測者是平視周圍景物的，但這個我剛才也分析過了，觀察旋轉運動時不可能從旋轉面的側面能看得出旋轉方向的，所以不合理。那按照書上的說法只能理解為觀測者既是俯視觀測轉椅的，也是俯視觀測周圍景物的，也就是都是從轉椅和周圍景物的上方作為觀測點來看的，從而得出轉椅和周圍景物是相對反方向運動的，即：轉椅順時針旋轉，周圍景物相對逆時針旋轉。如果是這樣理解的話，那問題就來了，在書第82頁的星空照片上，我們觀測者肯定是站在地球上仰視（從下往上）觀測星星的，看地球的時候又是俯視（從上往下）觀測地球的，這樣的觀測方式明顯是和前面轉椅的例子是不同的，完全是兩碼事。因此，以轉椅的例子來說明判斷星星旋轉方向的方法是完全錯誤的。

那如果和站在地球上仰視觀測星星一樣，我們在轉椅上仰視周圍景物的時候，看到的景物旋轉方向到底是怎樣的呢？我想，這個并不難，我們可以自己坐在轉椅上，先讓轉椅逆時針旋轉（俯視），然后抬頭看天花板（仰視），自然很容易就知道天花板的旋轉方向了。這里要強調一點的是，相對旋轉運動和相對平移運動是完全不同的，以坐在轉椅上的人來觀測，轉椅逆時針旋轉時（俯視），天花板也是逆時針旋轉的（仰視），旋轉的方向是相同的。而這一點，正是容易被誤解的地方。

綜上所述，書上所說的“星星每天都圍繞北極星在順時針旋轉”是錯誤的，應該予以糾正。也只有“星星每天都圍繞北極星在逆時針旋轉”，才能和我們看到的星星的東升西落相吻合，否則就互相矛盾了（在北半球朝北極星方向看，也就是朝北看，所有星星都是逆時針繞著旋轉，所以我們看到的這個旋轉星空的上半部星星都是東升西落的）。此外，書上第80頁“我們知道地球在自轉……地球自轉的方向……是自西向東（或逆時針）方向”這一說法也不科學、不嚴謹。第一，“自西向東”這個詞完全不適合用在描述旋轉方向上。第二，在說逆時針方向時，最好說清楚是以俯視還是仰視來看，否則容易混淆。endprint