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地球已經(jīng)自轉(zhuǎn)了45億年,什么時候才能停下來?

地球誕生至今已有45億年的歷史,從誕生之初就一直在繞著太陽公轉(zhuǎn),自身還在不斷地自轉(zhuǎn)。太陽每天東升西落,就是地球自西向東旋轉(zhuǎn)引起的。高速旋轉(zhuǎn)的陀螺都會停下來,40多億年了,地球為何現(xiàn)在還在旋轉(zhuǎn)?什么時候才能停下來?難道有什么神奇力量在暗中推著地球轉(zhuǎn)?

力并不是維持物體運動的原因

地球雖然處于不斷的運動之中,但是茫茫太空中幾乎空無一物,地球在太空中運動時幾乎不會遇到阻力,所以不需要一直提供動力。

小汽車靠燃燒汽油產(chǎn)生的動力驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動,一旦燃料燒完了,小汽車也就動不了了,這是因為小汽車在地面運動時會持續(xù)受到地面的阻礙,這種阻礙作用就是輪子和地面之間的摩擦力,小汽車想要持續(xù)運動就必須要克服這種摩擦力,當然需要持續(xù)供給能量。

沒有阻力的作用,物體能夠一直保持運動狀態(tài),那是因為物體具有慣性。那啥是慣性呢?慣性就是物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的一種性質(zhì),是對其自身運動狀態(tài)改變的一種阻礙程度,通常用質(zhì)量來衡量,質(zhì)量越大,慣性越大。牛頓在慣性定律中就明確描述了這種現(xiàn)象,只要沒有外力阻礙或者合外力為0,物體就能夠一直保持靜止或均速直線運動狀態(tài)。也就是說,力并不是維持物體運動的原因,力只能改變物體的運動狀態(tài)。

萬物皆在運動,地球自誕生就保持高速運動。地球質(zhì)量非常龐大,因此慣性也比較大,并且地球在宇宙中運動時幾乎毫無阻力,所以地球能夠一直保持自轉(zhuǎn),根本不需要外界提供動力。雖然地球一直在自轉(zhuǎn),不過地球的自轉(zhuǎn)速度一直在變慢,下面將會介紹地球自轉(zhuǎn)變慢的原因。

地球的運動狀態(tài)主要受引力支配

在廣袤無垠的宇宙中,地球主要受到太陽和月球的引力影響。由于受到太陽的引力作用,地球才以近似橢圓形的軌道繞太陽公轉(zhuǎn)。地球本身具有很大的公轉(zhuǎn)線速度,在公轉(zhuǎn)的過程中,勢能和動能不斷轉(zhuǎn)化,機械能保持守恒狀態(tài),這就是地球為啥沒有掉到太陽上去的原因。月球是地球的衛(wèi)星,月球繞地球公轉(zhuǎn)與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的原因相同。月球的存在還能穩(wěn)定地球的自轉(zhuǎn)軸,地球的氣候能夠一直保持穩(wěn)定就與此有一定關系。

太陽或者月球施加給地球的引力,除了能夠改變地球的運動方向以外,還能產(chǎn)生潮汐作用,也就是使地球發(fā)生形變,這種影響會使地球的自轉(zhuǎn)速度變慢,每個世紀地球自轉(zhuǎn)周期大約增加1~2毫秒。運動的物體具有動能,旋轉(zhuǎn)的物體具有角動能。而這種潮汐作用產(chǎn)生的摩擦力會使地球的角動能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,從而使自轉(zhuǎn)速度慢慢降低。研究表明,在地球誕生之初,地球的自轉(zhuǎn)速度極快,大約每4個小時自轉(zhuǎn)一周,隨著自轉(zhuǎn)速度的變慢,現(xiàn)在地球自轉(zhuǎn)一周大約24個小時。

太陽雖然比地球和月球的質(zhì)量大得多,但是地球和月球距離比較近,所以地球和月球之間的潮汐作用更加強烈,是日地之間潮汐作用強度的6倍。由于地球的質(zhì)量比月球大得多,月球目前已經(jīng)被地球潮汐鎖定,這就是為什么我們從地面永遠只能看到月球的一個面,看不到月球背面的原因。運動的物體具有動量,旋轉(zhuǎn)的物體擁有角動量。由于地月系的總角動量守恒,當?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)變慢、角動量減少時,月球的公轉(zhuǎn)角動量便會增加,并逐漸遠離地球。激光測量數(shù)據(jù)表明,目前月球正在以每年3.8厘米的速度遠離地球。

下圖形象地說明了地球是如何減緩月球自轉(zhuǎn)速度的。

什么是潮汐鎖定?就是同一天體公轉(zhuǎn)周期和自轉(zhuǎn)周期保持一致的運動現(xiàn)象。引力的作用是相互的,據(jù)估計,幾十億年之后地球也會被月球潮汐鎖定。到那時,地球的自轉(zhuǎn)周期、月球的公轉(zhuǎn)周期和月球的自轉(zhuǎn)周期都會保持一致,大約為47天,地球只有一個面才能看到一個很小的月亮,月球也將會停止遠離地球。目前,科學家已經(jīng)在宇宙中發(fā)現(xiàn)了這種兩個天體之間相互潮汐鎖定的現(xiàn)象。如果地球被太陽潮汐鎖定,那么地球一面會一直被太陽炙烤,另一面會一直保持黑夜。不過在這之前,地球很有可能會被演變成紅巨星的太陽吞噬。

地球自轉(zhuǎn)的初始動力來自哪兒?

萬物誕生于一場史無前例的大爆炸,經(jīng)過一段時間的冷卻,宇宙中的基本粒子形成,并組成了簡單的原子、分子,這些物質(zhì)(主要是氫)又聚合成星云。在引力的作用下,星云內(nèi)部發(fā)生坍縮,形成了恒星乃至行星。太陽和地球都誕生于同一片星云,像地球這樣的行星其實是由太陽誕生之后的邊角料構成的。

除了地球在自轉(zhuǎn),太陽本身也在自轉(zhuǎn)。既然是誕生于同一片星云,它們自轉(zhuǎn)的初始動力也就來源于那片星云。在太陽未形成之前,由于星云內(nèi)部的密度分布并不均勻,引力的分布自然也不均勻,于是便會形成力矩。在力矩的作用下,星云便開始旋轉(zhuǎn)起來。當星云坍縮形成太陽時,由于角動量守恒,太陽也繼承了星云的旋轉(zhuǎn)特性。并且在坍縮過程中,由于旋轉(zhuǎn)半徑縮小,旋轉(zhuǎn)速度也會加快。

下圖就是角動量守恒中的一類典型現(xiàn)象。

太陽誕生之后,周圍的塵埃盤也會隨著太陽的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn),并且與太陽的自轉(zhuǎn)方向保持一致。當這些邊角料形成地球等行星時,它們幾乎都處于同一個軌道平面上,通常公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)方向也相同。除非有外力改變,不然不會發(fā)生變化,太陽系內(nèi)的金星和海王星就是受到了其它天體的猛烈撞擊,導致自轉(zhuǎn)方向改變或者自轉(zhuǎn)軸發(fā)生較大傾斜。

下圖展示了太陽系八大行星的自轉(zhuǎn)軸傾角以及自轉(zhuǎn)方向。

總結

綜上所述,萬物運動的初始動力來源于宇宙大爆炸,而地球、太陽等天體的自轉(zhuǎn)特性繼承自星云。在旋轉(zhuǎn)過程中,由于天體之間的潮汐作用,地球等天體的自轉(zhuǎn)速度基本上都在變慢,最終會引發(fā)潮汐鎖定現(xiàn)象。由于太空中幾乎沒有阻力,并且地球擁有巨大的旋轉(zhuǎn)慣性,這意味著地球幾乎不可能停止自轉(zhuǎn)。

地球自轉(zhuǎn)減慢的速度很緩,除非地球在很短的時間內(nèi)來個急剎車,不然幾億年內(nèi)根本不用擔心會對人類產(chǎn)生什么影響,更加應該擔心的是小行星撞機等事件。

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