问题

飞机逆着地球自转方向飞会节省时间吗?

回答
这个问题听起来很简单,但实际上涉及到一些有趣的物理知识,而且答案也并不是一概而论的“是”或“否”。要弄清楚飞机逆着地球自转方向飞是否能节省时间,我们需要从几个方面来剖析。

首先,得承认,地球确实在转。而且转得还不慢。赤道附近,地球的自转速度大约是每秒460多米,相当于每小时1600多公里。而飞机,无论朝哪个方向飞,都在这个地球自转速度的基础上在空中移动。

那么,如果飞机逆着地球自转的方向飞,是不是就能“借到”地球自转的力,从而更快地到达目的地呢?

从理论上讲,这听起来很有道理。就像你在一条移动的传送带上逆着传送带的方向走,你相对于地面的速度会比你相对于传送带的速度慢。反过来,如果你顺着传送带的方向走,你相对于地面的速度就会更快。

所以,飞机在空中,可以看作是在地球这个巨大的“传送带”上飞行。如果飞机顺着地球自转的方向(从西向东)飞,理论上它就能“搭上”地球自转的顺风车,到达目的地的时间会缩短。反过来,如果飞机逆着地球自转的方向(从东向西)飞,它就要克服地球自转带来的“阻力”,在到达目的地时,理论上会花费更多的时间。

但是,事情并没有这么简单。

飞机飞行的速度,是它相对于空气的速度,也就是它的“空速”。地球自转的速度,是地球表面相对于地心的速度。而飞机最终到达目的地的时间,取决于它相对于地面的“地速”。

我们来打个比方。你在一条河里划船。河水在流动,这就是地球自转。你划船的速度,是你相对于水的速度,也就是你的“空速”。如果你顺着水流方向划,你相对于河岸(地面)的速度会更快。如果你逆着水流方向划,你相对于河岸的速度就会更慢。

所以,从这个角度看,逆着地球自转方向飞,确实会 “增加” 飞机相对于地面的“负担”,也就是说,它需要比顺着地球自转方向飞消耗更多的力(燃油)或者更长的时间才能达到相同的地面速度。

那么,为什么我们常常听到“顺风飞行能节省时间”的说法呢?

这里面的关键在于“风”。

飞机在空中飞行,实际上是和空气一起运动的。地球自转会带动大气层一起运动,但大气层并不是一个完美的刚体,它并不是和地球表面完全同步地以相同的速度自转。尤其是高空中,风的形成机制非常复杂,受到气压差、科里奥利力(这个力也是因为地球自转产生的)以及地形等等多种因素的影响。

高空中的风,尤其是我们常说的“高空急流”或“喷射气流”(Jet Stream),有时会非常强劲,时速可以达到几百公里。

如果飞机顺着这些强大的高空风飞行(顺风),它的地面速度就会大大增加,从而节省大量时间。
如果飞机逆着这些强大的高空风飞行(逆风),它的地面速度就会大大减慢,从而花费更多时间。

所以,当我们说飞机“逆着地球自转方向飞”是否节省时间时,其实是在混淆两个概念:

1. 飞机相对于空气的速度 vs. 飞机相对于地面的速度
2. 地球自转对空气的影响(间接形成风)

真正影响飞机飞行时间长短的关键,是它相对于空气的速度(空速)加上风速(空气相对于地面的速度)。

如果飞机从东往西飞(逆着地球自转方向),而当地高空风是从西往东吹(顺风),那么飞机就能利用这个顺风,大大提高其地面速度,从而节省时间。
相反,如果飞机从西往东飞(顺着地球自转方向),但恰好遇到从东往西的强劲逆风,那么它实际的地面速度就会非常慢,花费的时间就会更长。

所以,回答“飞机逆着地球自转方向飞会节省时间吗?”这个问题,更准确的说法是:

飞机是否节省时间,主要取决于它所遇到的风向和风速,而不是简单地取决于它是否逆着地球自转方向飞行。

当然,地球自转确实是高空风形成的一个重要原因,但它并不是唯一的决定性因素。高空急流的形成是大气动力学极其复杂的现象。

举个例子:

如果你从纽约飞往东京,通常是向东飞。这大致是顺着地球自转的方向。但你可能仍然会遇到逆风。而如果你从东京飞往纽约,大致是向西飞(逆着地球自转方向),但你更有可能遇到强大的西风(高空急流),从而节省大量时间。这也就是为什么从美国飞往亚洲通常比从亚洲飞往美国花费的时间要长(排除时差的影响)。

总结一下:

从纯粹的物理概念上说,飞机在空中,相对于地面的速度受到地球自转速度的影响。逆着自转方向飞行,理论上会“增加”它克服的相对运动,但这部分影响非常微小,远不如高空风的影响显著。
飞机飞行时间节省的关键在于“风”。飞行员和航空公司会根据天气预报,选择最有利的航线,充分利用高空急流(顺风)来缩短飞行时间,以及尽量避免强逆风。
因此,飞机逆着地球自转方向飞行 不一定 会节省时间。它是否节省时间,完全取决于它是否能遇到有利的风。

所以,下次听到有人说“飞机逆着地球转飞能省时间”,你可以告诉他,这还得看风给不给面子!

网友意见

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飞机速度和地球自转没有直接关系;

飞机顺/逆地球自转飞行产生的速度差别,主要是因为飞行高度的“西风”导致;

中纬度地区,顺自转方向飞行要比逆自转方向飞行更省时间(且省油)。


首先,地球每时每刻都在以每小时1180公里的速度自西向东旋转,同时地面及地面上的物体也在运动着,且运动速度更快——大约为1670公里/小时,因为这些物体自身离地心更加远,所以被带动旋转的速度更大。

同时,地面以上的空气也以这种速度移动,因而对于飞机而言,它的运动只能相对地面来说——所以理论上飞机在天上飞,速度和地球自转没有关系


但飞机能上天,一个很关键的因素就是空气。

地球的自转引起空气向一个方向运动,而空气的运动(也就是风)使得飞机相对地面的速度产生差异

比如中纬度地区的平流层就“刮着”稳定的“西风”——所以顺飞很多时候会更节省更多时间。 @羽毛401 的回答里也提到了这点,“西风”对飞机速度(以及油耗)的作用就尤为明显。

平流层(Stratosphere)下界在中纬度地区位于距离地表10km处,在极地则在8km左右,正好是目前绝大多数客机的飞行高度)

图 / Wikimedia Commons


所以我们乘坐客机,从亚洲飞欧洲来回,因为顺风逆风的关系,往往就很明显能觉察到返程比去程用的时间更少——而这主要与自转产生的风、而非自转本身直接相关。


详细解释下上面提到的“西风”——

地球是个球体,表面受到光照射的角度不同,赤道所在的热带地区,大气温度较高,空气加热上升后形成热带低气压带,而极地由于低温,空气下沉形成极地高气压带。同时,副热带地区由于空气下沉形成副热带高压带,而在副极地地区由于北上或南下空气遇到冷空气抬升而形成副极地低压带。那么,由于气压的不同,从而使气压带之间有空气流动,比如空气就从副热带高压流带向副极地低压带。


然而由于地转偏向力的作用,空气并不能沿着经线方向流动,而是会偏转一个角度,由此,就会在副热带高压带和副极地低压带之间,形成一片西风带(称为中纬西风带或高速气流带Jet Stream)。

这种大气运动就会影响飞机的飞行速度,就出现了中纬度地区顺着地球自转方向飞更节省时间的情况。

图 / ESA欧洲航天局

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