地球的晝夜交換是自轉(zhuǎn)所帶來(lái)的,還有潮汐也需要地球自轉(zhuǎn)配合,大氣環(huán)流、洋流等等,簡(jiǎn)單的說(shuō)生命的誕生和地球自轉(zhuǎn)是脫不開干系的,聽上去是壞事?但其實(shí)地球自轉(zhuǎn)對(duì)人類是在太重要了,不過(guò)科學(xué)家想要告訴各位的是,地球一開始就是自轉(zhuǎn)的,而且轉(zhuǎn)得還相當(dāng)快,正如大家所猜測(cè)的那樣,真是上帝推了它一把嗎? 太陽(yáng)系的誕生 200多年前的拉普拉斯和康德就提出了星云說(shuō)來(lái)解釋太陽(yáng)系的成因,認(rèn)為太陽(yáng)系形成與一片分子云的坍縮,當(dāng)然大量的物質(zhì)在坍縮中聚集在了中心,形成了今天的太陽(yáng),其余在盤面上的物質(zhì)則繼續(xù)形成了行星,盡管當(dāng)時(shí)還沒有系統(tǒng)的理論支持這個(gè)星云說(shuō),但無(wú)疑是相當(dāng)準(zhǔn)確的。 隨著后期恒星演化理論和后期系外行星的發(fā)現(xiàn),再有就是毫米波射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了太陽(yáng)系臨近星云中正在誕生的原始行星系,因此在星云說(shuō)的框架上被大量精細(xì)化,當(dāng)然我們了解地球的自轉(zhuǎn)并不需要那么詳細(xì),下面簡(jiǎn)單說(shuō)明下太陽(yáng)系的誕生。 形成太陽(yáng)系的星云是受到了臨近超新星爆發(fā)的影響,形成了超密度區(qū)域(滿足金斯不穩(wěn)定性),證據(jù)是來(lái)自超新星爆發(fā)的短暫痛位數(shù)鐵-60的痕跡,它只能在超新星中形成!坍縮發(fā)生后,星云物質(zhì)在引力的作用下向中心坍縮,這里很關(guān)鍵,太陽(yáng)系為什么會(huì)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)就是這個(gè)原因。 為什么天體都會(huì)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)? 天體在質(zhì)量形成時(shí)空彎曲(引力)的空間中運(yùn)動(dòng)時(shí),它的軌跡遵循的是沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng),比如人造衛(wèi)星和航天器返航或者木星捕獲衛(wèi)星,遵循的軌跡都是側(cè)地線運(yùn)動(dòng),但有很多人會(huì)有疑問(wèn),既然遵循測(cè)地線運(yùn)動(dòng),為什么蘇梅克-列韋九彗星就掉入木星了?其實(shí)這很正常,要不然太陽(yáng)是怎么長(zhǎng)大的? 因?yàn)楹芏辔镔|(zhì)的測(cè)地線軌跡末端就掉入中心的天體了,但有一小部分的物質(zhì)的軌跡是繞著中心天體公轉(zhuǎn)的,但隨著中心質(zhì)量的增加,這個(gè)軌跡是會(huì)改變的,所以各位應(yīng)該慶幸,如果太陽(yáng)的質(zhì)量無(wú)限制增加的話,地球也是要掉入太陽(yáng)的哦! 太陽(yáng)和行星的形成 這個(gè)測(cè)地線運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的太陽(yáng)形成時(shí)的吸積盤自轉(zhuǎn),帶來(lái)兩個(gè)效應(yīng),一個(gè)是太陽(yáng)自轉(zhuǎn),另一個(gè)是行星公轉(zhuǎn),因?yàn)樾行亲罱K將在這個(gè)盤面上誕生,所以它的公轉(zhuǎn)繼承自吸積盤的自轉(zhuǎn)!而它的形成過(guò)則是小型天體的碰撞加上吸積盤面上的渦流,最終也會(huì)走到和恒星吸積盤類似的機(jī)制,只是更多的是大量物質(zhì)已經(jīng)被恒星剝奪了,它們能形成更大的天體機(jī)會(huì)極其渺茫,而當(dāng)恒星開始發(fā)光以后,更是會(huì)將大量物質(zhì)都推離內(nèi)行星軌道 所以水星、金星、地球和火星都是光禿禿的巖石質(zhì)行星,而木星卻占了太陽(yáng)發(fā)光后物質(zhì)被趕到此處的優(yōu)勢(shì),開始大幅增加質(zhì)量。但無(wú)論哪個(gè)天體,吸積過(guò)程中積累了角動(dòng)量,也就是吸積盤角動(dòng)量守恒,這些角動(dòng)量如果在沒有外力的作用下,它將一直保留下去。 所以上帝并沒有來(lái)推一把,而是最初的引力和宇宙中的規(guī)律所然。 地球自轉(zhuǎn)的減速 地球誕生早期轉(zhuǎn)速是比較高的,因?yàn)閺脑缙诘呢悮せL(zhǎng)線上可以得到證明,但地球?yàn)槭裁磿?huì)減速?科學(xué)界一個(gè)自轉(zhuǎn)減速的和月球誕生相關(guān)的理由。關(guān)于月球的誕生,大意說(shuō)的是在和地球同軌道的黃道面上,同時(shí)誕生了一顆叫做忒亞的行星,但兩顆行星無(wú)法永遠(yuǎn)呆在同一個(gè)軌道上,所以另一個(gè)地球的說(shuō)法是不存在的,它們最終會(huì)因?yàn)楣D(zhuǎn)速度的不同步而相撞。 撞擊后的碎片形成了一個(gè)圍繞地球的環(huán),這有點(diǎn)類似行星剛誕生時(shí)的吸積盤,而這些位置在比較大塊狀的碎片為中心形成了一個(gè)新的天體,這就是今天的月球,但這個(gè)月球所在位置和地球之間距離是比較近的。這是造成后期地球自轉(zhuǎn)減速的原因 引潮力抬升月球軌道,降低地球自轉(zhuǎn)速度 這個(gè)可能不容易理解,但可以用示意圖很直觀來(lái)描述,大意是兩個(gè)天體的引力會(huì)將對(duì)方拉長(zhǎng),天體成了有長(zhǎng)軸和短軸的橢球體,那么長(zhǎng)軸上施加力明顯要比短軸力來(lái)得更容易些,這個(gè)效應(yīng)就是造成月球被潮汐鎖定,自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步的原因。 按月球?qū)Φ厍虻臏p速機(jī)制是一樣的,除此以外,地球還因?yàn)榇嬖诖髿夂Q?,月球引力拖著這些流體,給地球又降速了一次,所以年長(zhǎng)日久下,地球從早期的7-8個(gè)小時(shí)轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)一周,到現(xiàn)在24小時(shí)自轉(zhuǎn)一圈,整整慢了15-6個(gè)小時(shí),未來(lái)它將繼續(xù)減慢。 生命的誕生和各種循環(huán)機(jī)制 生命需要穩(wěn)定的環(huán)境,所以合適的晝夜交替非常關(guān)鍵,自轉(zhuǎn)太慢是寒冷的長(zhǎng)夜和酷熱的白天,太快則根演化時(shí)間可能要明顯增加,盡管地球的生命誕生是非常偶然的,但這些偶然卻由更多的必然所導(dǎo)致,而地球自轉(zhuǎn)合適的速度,是非常關(guān)鍵的一環(huán)。 上文剛說(shuō)明了潮汐的形成主要是月球引力引起的,當(dāng)然還有太陽(yáng),引力拖拽海水這是潮汐,也能和風(fēng)以及鹽度以及海水溫度的不一樣一起形成洋流運(yùn)動(dòng)。而大氣環(huán)流主要是地球自轉(zhuǎn)形成的信風(fēng)和科里奧力形成的各種風(fēng)帶,還有大西洋上的颶風(fēng)和太平洋上的臺(tái)風(fēng)!當(dāng)然更關(guān)鍵的地球的磁場(chǎng)形成也和自轉(zhuǎn)有關(guān),這一切都是地球自轉(zhuǎn)和太陽(yáng)輻射以及內(nèi)核的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)一起形成。地球上的大千世界,與地球自轉(zhuǎn)密不可分。 |
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