地球?yàn)槭裁崔D(zhuǎn) 來自大于簡(jiǎn)言 00:00 14:42

用知識(shí)愛上學(xué)習(xí)，大家好，我是大于老師。

我們今天的話題從一個(gè)簡(jiǎn)單的問題開始：地球是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的？如果你喜歡地理或者天文學(xué)。相信你一定會(huì)脫口而出一個(gè)答案：地球必然是運(yùn)動(dòng)的啊，地球有自轉(zhuǎn)，還有公轉(zhuǎn)。你可能還會(huì)說：地球自轉(zhuǎn)的中心是地軸，公轉(zhuǎn)的中心是太陽。地球自轉(zhuǎn)一周是一天，公轉(zhuǎn)一周就是一年。甚至你可能還會(huì)說：不只地球有自轉(zhuǎn)，其他的行星甚至太陽都有自轉(zhuǎn)。而公轉(zhuǎn)的軌道也不是一個(gè)完美的圓圈，而是一個(gè)橢圓。沒錯(cuò)，地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)是我們認(rèn)識(shí)這個(gè)世界的基礎(chǔ)，自轉(zhuǎn)造成了晝夜的更替，公轉(zhuǎn)造成了四季的循環(huán)。這兩種旋轉(zhuǎn)是那么的重要，以至于在你上初中的時(shí)候，地理書會(huì)用一章的內(nèi)容為你解釋自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的知識(shí)。但是不知道也像我一樣有沒有過一個(gè)好奇：自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)很普遍，但是我們的天體為什么會(huì)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)呢？

地球自轉(zhuǎn)北極點(diǎn)指向北極星

地球的公轉(zhuǎn)

大于老師就很好奇這件事，于是就用了很長(zhǎng)的時(shí)間來尋找答案。在看了眾多的資料之后，我發(fā)現(xiàn)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)可以不一個(gè)簡(jiǎn)單的事情，這兩種運(yùn)動(dòng)的形成與整個(gè)太陽系的形成都有關(guān)系。而我今天就嘗試著把我學(xué)習(xí)到的知識(shí)分享給大家——我們今天來講講地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)起源的故事。這個(gè)故事有點(diǎn)長(zhǎng)，也有點(diǎn)抽象，慢慢聽，不著急，如果你聽不太懂，歡迎你發(fā)私信給我，我們一起研究。

我們的太陽系為什么不是這么混亂的樣子呢？

我們的故事要從遙遠(yuǎn)的46億年前講起。那時(shí)候在我們生活的這一片空間中，沒有地球、沒有太陽、也沒有太陽系。有的只有一大團(tuán)球狀的云氣。當(dāng)然，這團(tuán)云可不是我們抬頭見到的天空中那種水汽凝結(jié)而成的云彩。這片云氣中絕大部分質(zhì)量是由宇宙大爆炸中產(chǎn)生的氫和氦組成，而剩下的部分則由曾經(jīng)的恒星在死亡之后拋灑在宇宙中的重元素組成，比如鐵、硅等等。我們就叫它太陽星云吧。也許是由于太陽星云中本身密度的不均勻、或者又因?yàn)檫b遠(yuǎn)的地方傳來的一陣超新星爆發(fā)所引起的引力波，具體原因我們已經(jīng)不得而知了。總之，在46億年前的某一時(shí)刻，太陽星云中不再平靜，開始自己的運(yùn)動(dòng)。就像是一片平靜的水面突然起了一陣漣漪，原本穩(wěn)定的狀態(tài)被打破。在引力的作用下，云氣中的物質(zhì)開始了相互的碰撞，匯聚。他們有的是沿著一個(gè)線路橫沖直撞，有的則是圍繞著某一個(gè)中心旋轉(zhuǎn)。更多的則是一邊旋轉(zhuǎn)一邊橫沖直撞。

太陽系就是來源于類似這樣一片星云中

如果彼此的大小質(zhì)量相等，運(yùn)動(dòng)方向相反，星際物質(zhì)碰撞的時(shí)候彼此的能量就會(huì)抵消，物體會(huì)從運(yùn)動(dòng)變成了靜止。但是在如此龐大的一團(tuán)太陽星云中，幾乎不存在所有物質(zhì)聚在一起然后能量完全抵消的可能性。總會(huì)有一些“淘氣”的物質(zhì)要么多了一些質(zhì)量，要么多了一些速度。這多出來的一點(diǎn)點(diǎn)就會(huì)打破了原本的平衡，使得這團(tuán)云氣的開始向著某一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。如果你覺得難以理解，可以想象臺(tái)球比賽的情景：一只白球擊中了堆在一起的彩球，于是滿桌的球開始運(yùn)動(dòng)起來。產(chǎn)生了各種各樣方向的運(yùn)動(dòng)，它們彼此繼續(xù)碰撞。只不過桌子給球的摩擦力會(huì)讓臺(tái)球最終停下來。

臺(tái)球的撞擊引起各種運(yùn)動(dòng)

但是在茫茫的宇宙中，幾乎沒有摩擦力，運(yùn)動(dòng)一旦開始就不會(huì)停止。這時(shí)候如果你能夠從這團(tuán)云氣的上方觀察，你會(huì)看到在整個(gè)太陽星云都在圍繞著一個(gè)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而在這個(gè)旋轉(zhuǎn)的平面上下的物質(zhì)會(huì)彼此靠近合并。他們自身運(yùn)動(dòng)所攜帶的能量也會(huì)在碰撞中相互抵消，那些抵消不掉的能量就轉(zhuǎn)化為了整個(gè)星云旋轉(zhuǎn)的力量。在旋轉(zhuǎn)中我們的太陽星云變得越來越扁，就像是廚師旋轉(zhuǎn)一個(gè)披薩餅的面皮那樣越轉(zhuǎn)越平。旋轉(zhuǎn)的太陽星云越來越像我們現(xiàn)在見到的太陽系的形狀。與此同時(shí)，它的直徑也在物質(zhì)的合并中變得越來越小，直徑減小帶來的直接后果就是太陽星云旋轉(zhuǎn)的越來越快。于是合并讓旋轉(zhuǎn)加速，而加速又讓更多的物質(zhì)有機(jī)會(huì)合并。就這樣過了億萬年，這片星云中旋轉(zhuǎn)中心的位置聚集的物質(zhì)越來越多，變得越來越緊實(shí)，密度越來越大。最終它的核心因?yàn)榫薮蟮膲毫蜏囟乳_始了核聚變反應(yīng)。剎那間，代表了巨大能量的光從中激發(fā)而出，太陽誕生了。

藝術(shù)家描繪的太陽引爆的時(shí)刻

人類透過首次觀察到位于金牛座HL的原行星盤，

太陽系剛形成也有可能是這個(gè)樣子。

而在這片星云不同的軌道上，同樣的事情也在出現(xiàn)，只是因?yàn)樘栃窃浦薪^大部分的物質(zhì)已經(jīng)被太陽所占有。所以這些軌道中能形成的其他星體就要小的多，無法發(fā)生核聚變反應(yīng)。但是他們也在努力的合并著周圍的物質(zhì)，就像大魚吃小魚越吃越大，他們周圍的軌道也變得越來來越干凈。最終他們形成了我們的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星等等。而這當(dāng)中就包括了我們的地球。此時(shí)的太陽系已經(jīng)很像我們現(xiàn)在太陽系的樣子了。

以藝術(shù)家的觀念繪出的太陽系初期

而太陽星云最初的那個(gè)旋轉(zhuǎn)的力量也沒有消失，而是被保留在了我們的太陽和行星中，形成了行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)和行星自己的自轉(zhuǎn)。而且行星不僅僅繼承了旋轉(zhuǎn)的力量，也繼承了旋轉(zhuǎn)的方向。所以我們可以見到在現(xiàn)在的太陽系中，所有的行星都是沿著一個(gè)方向公轉(zhuǎn)，而且?guī)缀跛械男行堑淖赞D(zhuǎn)方向也一致。

太陽也有自轉(zhuǎn)（25.05天）

木星的自轉(zhuǎn)（9時(shí)50分30秒）

太陽系形成過程

太陽系的天體公轉(zhuǎn)

不過這個(gè)關(guān)于旋轉(zhuǎn)的故事到現(xiàn)在還沒有結(jié)束。如果太陽系一直是平靜的旋轉(zhuǎn)，那么照理說所有行星不但自轉(zhuǎn)方向一致，而且自轉(zhuǎn)的角度也應(yīng)該一樣，就像是旋轉(zhuǎn)木馬，每一木馬都有一個(gè)與中心平行的軸。但是真實(shí)的太陽系并不是歲月靜好、波瀾不驚的。意外總是會(huì)發(fā)生的。在太陽系形成的早期時(shí)不時(shí)的就會(huì)有一些不安分的小家伙闖入大行星的軌道，于是一場(chǎng)宇宙間的交通事故就不可避免的發(fā)生了。就拿咱們的地球來說吧。地球剛剛形成不久，一顆被后來人叫做忒伊亞的小行星就闖入了地球的軌道，并與地球發(fā)生了一次“親密接觸”。這次碰撞的力量是驚人的，已經(jīng)不能用天崩地裂來形容了。剛剛形成的地球甚至因?yàn)檫@次撞擊而差點(diǎn)粉身碎骨——大量的物質(zhì)被拋灑在了地球軌道與忒伊亞的碎片混在了一起。最終形成了地球的衛(wèi)星：月球。而這場(chǎng)撞擊的另一個(gè)后果就是地球被撞歪了。才有了我們今天地球的自轉(zhuǎn)面與公轉(zhuǎn)面23.5°的夾角。

藝術(shù)家模擬的地球與忒伊亞的撞擊

撞擊造成了地軸的傾斜和月球

地球如此，其他行星自然也不會(huì)避免類似的撞擊：天王星被撞得躺倒，它的自轉(zhuǎn)方向與公轉(zhuǎn)方向呈大約90°。而金星更是被撞得翻了個(gè)跟頭，它的自轉(zhuǎn)方向和公轉(zhuǎn)方向幾乎相反。再加上其他各種星體自身和相互的復(fù)雜的作用，比如星體之間的潮汐作用，星體自身的自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)等等。最終，才形成了我們現(xiàn)在太陽系行星們各自自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的形態(tài)。

天王星是躺著自轉(zhuǎn)

地球（左）海王星（中）金星（右）的自轉(zhuǎn)方向

八大行星的自轉(zhuǎn)軸方向

這個(gè)跨越46億年有關(guān)旋轉(zhuǎn)的故事到這里就講完了。但是你可能已經(jīng)想到了一個(gè)關(guān)鍵問題：人類并沒有能力穿越到46億年之前去觀察到太陽系的形成，我們憑什么就能說：地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都是繼承于太陽系形成時(shí)產(chǎn)生的能量呢？如果你能想到這個(gè)問題就說明你真的聽懂了我說的故事。地球旋轉(zhuǎn)的原因其實(shí)遠(yuǎn)比我講的復(fù)雜很多。這個(gè)看似屬于地理學(xué)或者是天文學(xué)的問題中充滿了物理學(xué)、化學(xué)等等的知識(shí)。比如說我們提到的太陽星云的成分就是化學(xué)知識(shí)，而旋轉(zhuǎn)的力量屬于我們高中時(shí)會(huì)學(xué)到的角動(dòng)量知識(shí)，證明地球與月球的起源需要地質(zhì)學(xué)知識(shí)，而通過觀察而研究太陽系的形成又需要天文觀測(cè)的知識(shí)。甚至太陽系的形成、地球遭受撞擊等等，科學(xué)家還有很多其他的解釋。大于老師選擇了比較公認(rèn)的一種解釋并且刻意的隱去了很多專業(yè)的名詞是為了方便我們的小同學(xué)們理解。如果你對(duì)這個(gè)問題感興趣歡迎你自己運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)或者是書籍繼續(xù)去追根溯源，相信你會(huì)有更多更珍貴的收獲。也歡迎你把你的收獲告訴我，我們一起學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步。

地理課你會(huì)看到這樣的地球圖

經(jīng)常用到的滑冰展示角動(dòng)量守恒

這也是我們星球自轉(zhuǎn)速度變化的原因

最后還是讓我們總結(jié)一下今天的知識(shí)吧：太陽系起源于一團(tuán)由氫、氦還有很多元素組成的星云中，太陽星云在內(nèi)部運(yùn)動(dòng)中獲得了旋轉(zhuǎn)的力量。而這個(gè)力量讓這團(tuán)星云越來越平。在太陽星云的內(nèi)部碰撞和整體的旋轉(zhuǎn)下，中心密度越來越高，最終發(fā)生了核聚變形成了太陽。而不同的軌道中，行星也逐漸形成，太陽系初具雛形。而太陽系中天體的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都是繼承自太陽系形成時(shí)的旋轉(zhuǎn)能量。并且又在形成之后遭受到小行星撞擊之類的影響，最終才形成了包括地球在內(nèi)，我們今天看到的太陽系各大行星的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)方式。

用知識(shí)愛上學(xué)習(xí)，關(guān)于地球?yàn)樯掇D(zhuǎn)，我們就講到這里。我是大于老師，我們下期見。

視頻解釋了太陽系是如何從一團(tuán)物質(zhì)通過運(yùn)動(dòng)變成了平面

也許可以幫助你思考我們今天的話題

歡迎你把自己的問題發(fā)給大于老師

說不定下期大于老師解釋的就是你的問題