根据太阳影子长度的变化，利用圭表测出，1年的长度是365.25天。而现代方法计算出，1年的长度是365.2422天，两者相差很小。
影子的长短还可以用来测量地球的大小。公元前3世纪，居住在现在埃及亚历山大港的希腊学者埃拉托色尼，就用影子最早测量了地球的大小。
夏至这一天，在亚历山大港正南方的阿斯旺的枯井里，阳光直射井底，而在亚历山大港的影子却同竖直的木杆之间构成7.2度角。亚历山大港和塞恩之间相距800千米，用这种办法测出地球的圆周长是39500千米，和我们今天所采用的数值极为相似。我国唐代著名天文学家僧一行，也用类似的方法测量过地球的大小。
说过了地球公转所产生的现象，我们来看看它是怎样绕太阳公转的吧。地球沿椭圆形轨道绕太阳公转，每年运行一圈。地球在轨道上位置不同，运行的速度不相同，平均速度是29.8千米/秒。地球在轨道上位置不同，到太阳的距离也不相同。每年1月3日前后，日—地距离最短，等于14710万千米，这一点叫做近日点；每年7月4日左右，日—地距离最长，等于15210万千米，这一点叫远日点。
地球自转
地球有公转，有没有自转？这个问题只要参观一下北京天文馆立刻就能明白了。北京天文馆的大厅里有一只巨摆，它每天都迈着稳健的步子有节奏地、一下一下地摆动着。乍看，它活像一只摆钟，滴答滴答地走动着。可是，仔细看来，它摆动的平面相对于地面在不断地变更着。
这种变更是地球自转的反映。
这种摆叫做傅科摆，是1851年由法国物理学家傅科发明的。当时傅科在巴黎大教堂穹顶上安了一根长线，线的下端悬挂着一个大金属球，地板上画了一条白线，让金属球沿着白线摆动。开始的时候，金属球沿着白线一下一下地摆动着。
慢慢地，摆动的方向渐渐离开了白线，由东向西旋转着。几小时以后，金属球摆动的方向相对于白线转了一个很大的角度。在场的人都看呆了。
傅科摆
傅科对大家说：“看，谁也没碰金属球，它摆动的方向为什么会改变呢？不，这不是金属球摆动的方向有了改变，而是我们脚下的地球向东边转过去了。”
傅科的精彩表演和精辟的解释，使在场的观众活跃起来：“啊，我们见到地球自转了。”
现在看来，傅科的话只说对了一半。实际上，摆动方向的改变是地球自转产生的附加力作用的结果。在地球两极，这个力最大，只要24小时就能使摆动方向改变360度。到了北京，约要40个小时才行。如果在赤道上，你怎么也不会看到摆动方向有改变。如果傅科在赤道上做他的实验，则将以失败告终。
地球自转速度同地理纬度有关系，纬度越低，转动速度越快。在赤道上自转速度是28千米/分，在30度纬度地区是24.1千米/分，在纬度60度地区是14千米/分，在两极是0。
在现实生活中，有许多现象是地球自转造成的。我们稍微留心看一看，就会发现，太阳、月亮和一切星星都是从东方升起来，越过天空，从西方落下去的。这就是地球自转的反映。
除此以外，在阿拉斯加有一条自北向南流淌的育空河，它的西岸总显得比东岸险峻，而在西伯利亚由南向北流淌的鄂毕河，却总是东岸比西岸险峻。这两条北半球的河流，流动的方向虽然相反，但如果顺着河水流动的方向望去，它们都是右岸比左岸险峻，好像北半球的河水喜欢冲刷右岸似的。而在南半球，情况正好相反，好像南半球的河水喜欢冲刷左岸。
不仅河水是这样，炮弹也是这样。北半球打出去的炮弹往右偏，河水喜欢冲刷右岸；南半球打出去的炮弹往左偏，河水喜欢冲刷左岸。这些都是地球自转产生的地转偏向力作用的结果。这个力是法国科学家科里奥利发现的，所以又叫科里奥利力。
地球的自转不但对地面的河流和炮弹有影响，也拖着天上的风一起跑。海员们都知道信风这个名词。它在赤道以南是东南风，在赤道以北是东北风。它相当稳定，按时而来，从不轻易失信，因此人们称它信风。古代商人利用信风推动风帆，漂洋过海，从事贸易活动，因此它又叫做贸易风。
信风是这样形成的：在赤道地区，由于烈日当头，终年高温，空气受热上升，形成一个永久的低气压带。而在南、北回归线附近，则是高气压带。高气压带空气往低气压带流动，便形成风。
若没有地球自转的影响，赤道以南不远的地区应该刮南风，赤道以北不远的地区应该刮北风。实际上地球有自西向东的自转，而这种自转还带着它周围的空气一道转动，因此，当风向赤道吹的过程中，也受到一个地球自转产生的地转偏向力的作用，因而在赤道以南形成东南风，在赤道以北形成了东北风。由于地面上受热多少由太阳光直射点位置确定，而阳光直射点在一年当中定时在赤道南北来回移动，所以这种风按时而至，并在赤道南北来回移动。
气象学家指出，地球上有几个高低相间的气压带：在赤道附近是低气压带；在南北回归线附近是回归高气压带；两极是极地高气压带；在回归高压带和极地高压带之间是副极地低压带。各气压带间的风向，都受地转偏向力指挥，因此地球上形成了一系列南北相间的风带。除了前面讲述的偏东信风以外，在回归高压带和副极地低压带之间是著名的西风带。尤其在南半球，洋面广阔，受陆地地形影响少，常刮强劲的西风，因此，人们叫它咆哮的西风带。在副极地低压带和极地高压区之间，是偏东的极地东风带。
地球在飞快地自转，并且在地面上造成了许多严重后果，为什么我们长期以来没有觉察出来呢？关于这个问题，我国东汉时期的《尚书纬·考灵曜》一书中解释得很清楚。它指出：“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭窗而坐，舟行而不觉也。”
哥白尼也说过类似的比喻：“如果船只平稳地行驶，船外的一切东西，从船上看来，都好像是以船行的速度向后移动，以致船上的人误以为船和船上的一切东西都是静止的。这个理由，对于地球无疑也是适用的。”
伽利略的比喻更巧妙，他说：“试把自己和友人关在一只大船甲板底下的大房间里，如果船用均匀的速度运动着，那么你们就不可能一下子判断出船是在运动呢，还是静止着。你们在那里跳远的话，在地板上跳出来的距离就和在静止不动的船上跳出来的距离一样。你们不会因为船在高速度行进而向船尾跳得远些，向船头跳得近些……如果你丢掷一些东西给你的同伴，你从船尾丢向船头所花的力气，并不比从船头丢向船尾所花的力气更大……苍蝇也会四处飞行，而不会在靠近船的一边停留……”
哥白尼还说过：“地球同附在它上面的东西，包括水和空气在内，一起运动，因此，空气和其中的一切轻飘之物，如果没有其他力量的驱遣，看起来都应该是静止的。”
在这些话里，科学家们给我们指出，应该根据什么来判断我们地球在运动。根据和我们地球一起运动的树木、田野和房屋吗？
不行，这好像“关在甲板底下的大房间里”的人看到床和桌子是静止不动的一样，是察觉不了地球在自转的。他必须走到甲板上遥望两岸的树木、田野和房屋，才能判断船在运动。而根据树木、田野和房屋向后退去，才能判断出船在前进。
我们生活在地球这只巨大的宇宙飞船上，要察觉地球在运动，也只能依靠地球外面的参照物，这就是星星。太阳早上从东边升起来，晚上从西边落下去；月亮从东边升起来，从西边落下去；一切星星都是从东边升起来，从西边落下去。步伐是那样协调，行动是那样一致，这绝不是协商好了的，而是我们地球自转的结果。
“坐地日行八万里，巡天遥看一千河。”这概括了地球的两种运动：自转和公转。
知识点磁偏角
磁偏角是地球表面任一点的磁子午圈同地理子午圈的夹角。因指南针、磁罗盘是测定磁偏角最简单的装置，所以磁偏角的发现和测定的历史也很早。1702年，英国E·哈雷发表了第一幅大西洋磁偏角等值线图。根据规定，磁针指北极N向东偏则磁偏角为正，向西偏则磁偏角为负。磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与真正北方的夹角。
寻找自转的证据
旭日东升，白昼来到；夕阳西下，黑夜降临。地球上白天和黑夜的交替是地球自转的结果。
地球本身是不发光的，它依照反射太阳光辉而照亮。太阳只能照亮半个地球。所以向太阳的一面是白天，背太阳的一面是黑夜。由于地球在不停地自转，因此被照亮的部分和照不到的部分在不停地移动，这样就造成白天和黑夜交替出现了。
一年有春、夏、秋、冬四季，春去夏来，夏去秋来，秋去冬来，天气各不相同。有一首小诗描写了四时景色：“春水满泗泽，夏云多奇峰。秋月扬明辉，冬岭秀孤松。”
有人以为，四季变化是日—地距离变化引起的。从直观看，这似乎有道理。烤火的时候不是离炉火近热、离炉火远凉吗？
但四季形成的原因不在日—地距离的远近。1月3日前后，地球离太阳最近，应该最热，而在我们北半球，1月的天气最严寒。7月4日前后，地球离太阳最远，应该最冷，而在我们北半球，7月的天气最炎热。这同日—地距离关系正好相反。在南半球的冷热情况虽然符合日—地距离远近的关系，但它不是日—地距离远近变化引起的。有人做过计算，1月初地球从太阳那里得到的热量比7月初多7％。这样微小的差异，是不会引起那么大的寒暑变化的。
天文学家告诉我们，地球轨道面和赤道面不重合，即有黄赤交角存在，这就使得在一年时间内，太阳光直射地面上的位置不断在赤道两边来回移动。阳光直射的地方，地面接收的热量多，天气热，是夏季；阳光斜射的地方，地面接收的热量少，天气冷，是冬季。介乎这两者之间的是春季和秋季。因为太阳光直射的位置在不断地移动，所以地面上一定的地方接收的太阳热量有时多，有时少，这样，就形成了四季变化。
每年春分（3月21日左右）时，太阳光直射在赤道上，这时南半球和北半球得到同样多的阳光，白天和黑夜的长短正好相等，北半球气候温和是春天，南半球是秋天。
当地球的北极逐渐转向太阳，北半球接收的阳光越来越多，南半球接收的阳光越来越少。在夏至的时候（6月22日左右），太阳光直射在北回归线上空，北半球得到的热量多，是夏天；南半球相反，得到的热量少，是冬天。
地球的北极逐渐偏离太阳，北半球接收的阳光越来越少，南半球接收的阳光越来越多。在秋分的时候（9月23日左右），太阳光又直射到赤道上，地球上各地白天和黑夜都一样长。南半球和北半球接收到同样多的阳光，北半球是秋天，南半球是春天。
当地球的南极逐渐转向太阳，南半球接收的阳光越来越多，北半球接收的阳光越来越少。在冬至的时候（12月22日左右），太阳光直射到南回归线上，南半球得到热量多，是夏天。北半球则相反，是冬天。
地球在轨道上周而复始地运动着，太阳光直射到地面上的位置在南回归线和北回归线之间来回移动。这样，我们居住的地球上便出现了复杂多变的四季变化。
除了同一个地方不同时间季节不同以外，地面上不同的地方，由于得到阳光多少不同，温度高低也是不同的。
在赤道附近，太阳光直射，得到的热量最多，气候炎热；在南、北极地区，太阳光斜射，得到的阳光最少，气候寒冷；在赤道和两极中间的地区，得到的太阳光在寒带和热带之间，气候温和。因此，人们把地球上分成5个不同的气候带，它们是热带、南温带、北温带、南寒带、北寒带。
季节变化和气候带的分布是证明地球公转和自转最有力的证据。
磁化的球体
远在2000多年前的春秋战国时代，我国就发现了自然界的磁石（即磁铁矿）和磁石吸铁的现象。古人将磁石写作“慈石”，比喻磁石吸铁犹如父母慈爱子女一样。后来，人们开始用磁石来做指示方向的工具，叫做司南。
司南司南的样子像一个汤勺，它的下面是一个铜盘，刻有24个方位。勺可在盘上转动，停止转动后勺柄就能指示南方。现在，北京中国历史博物馆内有复原的司南模型。
到了宋代，人们拿一根钢针，放在磁铁上方，使钢针变成磁针，发明了用人工磁化方法制成的便于应用的指南针，而且还应用到航海上。
我国还发现了指南针所指的南北与真正南北略有偏离的磁偏角现象。后来，指南针传到了欧洲，对新航线和新大陆的发现起了很大的作用。可以说我国是世界上最早利用地球磁性的国家，而哥伦布是在发现新大陆途中才发现磁偏角的，比我国晚了约400多年。
司南和指南针为什么能指南北呢？人们对这一现象的认识曾经历了漫长的过程。有人曾经认为，指南针是受到遥远的北极星的吸引才永远指向北极星的方向。
但后来发现，悬挂的指南针越往北方移动时，指针北端越朝下倾斜，也就不再指北极星了。在北极附近，针北端指向球的北极，而针南端指向北极星。随着自然知识的增长，人们渐渐明白了，原来我们居住的地球也是有磁性的。地磁北极吸引着磁针的南极，地磁南极吸引看磁针的北极。指南针上的磁针在地球磁性的作用下，具有指极性，而也就能够指向南北了。
