“星星每天都在围绕北极星顺时针旋转”吗？

胡方平

本文针对教科版小学科学五年级下册《北极星“不动”的秘密》一课，对星星旋转的方向进行了分析，阐述了观测星星旋转方向的原理和正确方法，指出了教材中所说的“星星每天都在围绕北极星顺时针旋转”这一科学错误。

在教科版小学科学五年级下册《北极星“不动”的秘密》（第82页）一课中，有关于星星旋转方向的描述，如图：

这里面，涉及了“相对运动”和“运动方向”的概念，为此，教材在前面一课《谁先迎来黎明》中有专门的探究来帮助学生理解，如图：

在看了书上的介绍后，我对以上这些内容进行了仔细分析，发现书上关于星星旋转方向的说法是错误的，应该予以纠正。

下面谈一谈我对这个问题的认识。

首先，书上第80页“确认地球自转方向”一节中讲了两个生活中的例子，第一个是通过在行驶的车上看窗外的树林，让学生理解车和树林是一种“相对运动”，运动方向是相反的。第二个是坐在转椅上看周围的景物，让学生理解转椅和周围的景物也是一种相对运动，运动方向也是相反的。粗看起来，这似乎很符合我们的常识，想起来也理所当然。但是，仔细想想，事实却并非如此简单，书上的这两个例子不是同一类问题，而是截然不同的两类问题，有着两个截然不同的理解和结果。第一个在行驶的车上看窗外的树林，这可以理解为一种相对的平移运动，汽车从东向西，那车上的人看到的景物肯定是反方向运动的，也就是从西向东运动的，这个没有错。但第二个例子坐在转椅上看周围的景物，这不是一种相对的平移运动，而是一种相对的旋转运动，它没有固定的“东”和“西”作参照，不能和第一种例子混为一谈。

那么，做相对旋转运动时，两个物体的旋转方向也是相反的吗？

为了说清楚这个问题，首先要来说一说怎样观测并确定旋转的方向。假如旋转的面水平的话，那作为观测者要么站在旋转面上方从上往下观测（俯视），要么站在旋转面下方从下往上看（仰视），只能从这两种观测点来观测。如果从旋转面的侧面来观测，那么观测者就看不到做圆周运动的旋转面，从而无法确定是顺时针旋转还是逆时针旋转。

第二，分别站在这个水平旋转面的上方和下方来观察这同一个旋转面，那

第二，分别站在这个水平旋转面的上方和下方来观察这同一个旋转面，那么会得出不同的结论，如果在上方从上往下看（俯视）看到的是逆时针旋转，那么在下方从下往上看（仰视）看到的却是顺时针旋转。所以，站在不同的观测点来观测，观测的结果是不同的。因此，要确定旋转的方向，首先要确定怎样观测，也就是从哪一个观测点来观测，以什么方式来观测，这非常重要，因为它直接决定了观测的结论。

所以，以上两点说明观测旋转运动时首先应明确观测点和观测方式。

那在第二个例子中，坐在椅子上的人分别是以怎样的观测方式来观测椅子的旋转方向和周围景物的旋转方向的呢？书上讲到“坐在转椅上，如果顺时针转动转椅……”，这里观测者肯定是站在转椅的上面来观测转椅的，也就是观测点在转椅的上方，观测者是俯视的。而对于周围的景物，观测者是怎样观测的呢？书上很模糊，没有说清楚，图上似乎观测者是平视周围景物的，但这个我刚才也分析过了，观察旋转运动时不可能从旋转面的侧面能看得出旋转方向的，所以不合理。那按照书上的说法只能理解为观测者既是俯视观测转椅的，也是俯视观测周围景物的，也就是都是从转椅和周围景物的上方作为观测点来看的，从而得出转椅和周围景物是相对反方向运动的，即：转椅顺时针旋转，周围景物相对逆时针旋转。如果是这样理解的话，那问题就来了，在书第82页的星空照片上，我们观测者肯定是站在地球上仰视（从下往上）观测星星的，看地球的时候又是俯视（从上往下）观测地球的，这样的观测方式明显是和前面转椅的例子是不同的，完全是两码事。因此，以转椅的例子来说明判断星星旋转方向的方法是完全错误的。

那如果和站在地球上仰视观测星星一样，我们在转椅上仰视周围景物的时候，看到的景物旋转方向到底是怎样的呢？我想，这个并不难，我们可以自己坐在转椅上，先让转椅逆时针旋转（俯视），然后抬头看天花板（仰视），自然很容易就知道天花板的旋转方向了。这里要强调一点的是，相对旋转运动和相对平移运动是完全不同的，以坐在转椅上的人来观测，转椅逆时针旋转时（俯视），天花板也是逆时针旋转的（仰视），旋转的方向是相同的。而这一点，正是容易被误解的地方。

綜上所述，书上所说的“星星每天都围绕北极星在顺时针旋转”是错误的，应该予以纠正。也只有“星星每天都围绕北极星在逆时针旋转”，才能和我们看到的星星的东升西落相吻合，否则就互相矛盾了（在北半球朝北极星方向看，也就是朝北看，所有星星都是逆时针绕着旋转，所以我们看到的这个旋转星空的上半部星星都是东升西落的）。此外，书上第80页“我们知道地球在自转……地球自转的方向……是自西向东（或逆时针）方向”这一说法也不科学、不严谨。第一，“自西向东”这个词完全不适合用在描述旋转方向上。第二，在说逆时针方向时，最好说清楚是以俯视还是仰视来看，否则容易混淆。endprint