用哪些方法可以证明地球在自转？

亚里士多德曾经挑战过这个问题，他的观点是：如果你将石头垂直向上扔出去，并允许它落回地球，那么，如果地球在旋转，当石头落地时，它应该会略微向东移动。亚里士多德做了实验发现并没有，所以得出结论是地球没有旋转。但问题是，到底怎样才算是垂直的呢？此外，亚里士多德的实验面临很多基础设定问题。

为什么亚里士多德的方法是不可行的？

因为在地球上无论是扔出一个物体或者是从高塔自由释放一个物体都会受到地球自转初速度的惯性影响，使得扔出去的自由落体仍然带有自转的初速度。这就像是在高铁上跳起跟在地面上跳起时一样。实际上地球赤道的自转线速度为466 米/秒（合167.76千米/小时），但没有人类或动物因为在赤道上跳起就快速地漂移到几百米之外。对惯性概念的不了解，亚里士多德犯了一个基础的前提错误。

在地球上人力所及的扔东西在空中自由下落的时间都太短，基本上很难体现出地球自转带来的偏差。实际上在空中飞行的物体，脱离了大地的加速之后就不再受到地球自转的影响，但如果时间不够长，这种偏转过于微小，且容易被空气阻力等外力的效用所淹没。

所以不管亚里士多德怎么扔东西，都无法观察到明显的落点位置偏差。

有哪些可行的办法来确定地球是在自转呢？

拍一张星空的延时照片（一个晴朗的晚上足矣）你会发现所有的星星会围绕一个点旋转。这恐怕是在今天最容易的验证地球在自转的方法。很多数码相机都有长时间曝光功能，包括一些手机都有。所以利用这一功能，你可以非常简单地验证地球的自转。而且你还能找到地球的自转轴对应的天空在哪个位置（就是星星环绕旋转的那个点）。

科里奥利效应。当你向南射击，子弹必将偏离直线，这只有在地球有自转的情况下才会发生，只要子弹飞行得足够远就容易被观察得到。如果地球没有旋转，那子弹的路径就不会偏转。这个道理倒是简单，但是做起来不容易，因此人力实验不是很现实。

上图：用棒球投球手形象地解释了科里奥利力的现象。从北极向赤道投球，如果可以飞到赤道的话，球的路径将向西偏。

做一个足够大的单摆，看它在长时间的自由摆动中是否能保持稳定——实际情况在地球上的绝大部分地方都是是否定的。巴黎的福柯摆（以及世界各地的复制品）完全会按照预测的方式偏离直线，并且随着时钟每天旋转几乎一圈。因为福柯钟摆足够大，因此摆动的时间可以足够长。

上图：福柯摆实物

福柯出生于1819年，是法国出版商的儿子。从很小的时候起，他就展示了制作机械玩具的卓越技能。他学习医学，后来转到巴黎天文台的物理科学研究。福柯被广泛认为是有史以来最有天赋和多才多艺的实验主义者之一。

他被认为是陀螺仪的发明，陀螺仪是用于在快速运动期间指示固定方向的重要仪器。它是当今使用的许多导航系统中的重要组成部分。1851年，福柯设计了一项创新实验来验证地球的自转。他的主要装置是一个大钟摆，后来后来被称为福柯摆。

单摆如果没有外力影响应该会因为能量守恒定律会一直摆下去，但只要摆锤足够重，摆绳足够长且形状合适，摆就可以将摆动时间拉到很长。因为摆越重在相同位置释放所拥有的初势能就越高，摆线越长摆的周期也就越长，而摆的形状如果风阻小，那么受空气减速的效应也小（也没谁会把摆做成扇子型的吧）。

福柯摆就是一个大型的摆，最初的设计其摆球是一个28公斤的包铜铅球，用一条67米的绳子悬挂在巴黎万神殿的穹顶上，由此确保这个摆可以长时间摆动（数小时）。

上图：福柯摆的原理（这里示意的是在极点上的情况）。

在北极或南极，摆锤的摆动平面相对于宇宙来说是保持固定不变的，但地球却在旋转，因此摆锤的轨迹相对于地球来说就是在不断地偏转，而且需要一个恒星日完成旋转一周。因此，相对于地球而言，北极的福柯摆的摆动平面，从上方往下看，在一天内会完成整整一周的顺时针旋转;而南极的福柯摆则是逆时针旋转。

当福柯摆悬挂在赤道上时，就不会出现这种奇怪的旋转了。在地球的其他不同纬度的地点，福柯摆的振动平面的旋转速度都要比在极点慢。例如，在南纬30°的一个福柯摆，从地面观察者的上方观察，会在两天内逆时针旋转360度。福柯摆每日旋转角度=360度 x sin(纬度)

太阳的旋转。太阳看起来像是围绕着地球旋转，但如果认为地球也在旋转的话，那么就很好解释这个现象。但人类的日常经验带来的固有观念是很难改变的，尤其是当人与人之间相互强化某种经验和认识且拒绝从多个角度来看待同一现象时——这就是哥白尼被教会烧死的原因（人家不过是换了一个角度看问题而已）。

上图：地心说与日心说的天体运动模型差异。从“中心”的定义上来讲，这两个观念并没有对错（但上述地心说模型的视觉展示是不符合现实的），但显然日心说更简单一点。

地球的风带。通过研究地球不同纬度的风带，会得到地球自转的结论，并且可以证明地球自转的方向。空气在赤道附近流动的路径与经线是不平行的，而是倾斜的，且南北半球刚好相反，这是赤道暖空气上升之后并保持动量的结果，这实际上也归因于前面所说的科里奥利力。请注意科里奥利力不是一种实在的力，只是看起来像是一种力。

上图：地球风带在不同纬度上的自然划分（是地球自转形成的，而不是人为定义的）。

总结

运用现有的物理法则，我们可以从多个角度来推导出地球在自转的结论。而往往这些细微的线索会被日常经验所遮蔽。亚里士多德是个很善于思考的人，但他绞尽脑汁还是只得出了一些感性的结论，因此他只能叫做哲学家，而不是科学家。