地球當然不是永動機,這個世界上沒有永動機,永動機是違背能量守恒定律的妄想。簡單地說,地球自轉(zhuǎn)的動力來自四個方面,即:萬有引力是根源,娘胎里帶來天生的,后天環(huán)境造就,慣性運動的結(jié)果。
先說說萬有引力這個根源。
3百多年前牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,就揭示出世界上萬物都是受萬有引力制約,因此宇宙中一切天體運行,都受著萬有引力支配。而恒星和行星等天體,也是在萬有引力作用下誕生的。
一切天體的祖宗就是宇宙塵埃,也就是星際云,或稱為星云。星云有最古老的處女原始星云,還有經(jīng)過1次或多次超新星大爆炸飄散到太空的再生星云。
原始星云就是宇宙大爆炸之后第一撥星云,那種星云比較純潔,只有最輕的元素氫和氦,及少量的鋰組成;而再生星云由于恒星核聚變和超新星大爆炸,成分就比較復雜了,雖然還是以氫氦為主,但已經(jīng)含有了1~2%迄今已知116種從輕到重的元素。
自身引力使星云聚集和收縮,形成恒星。
在太空中存在的星際塵埃本來很稀薄,但分布很廣闊巨大,一般都在數(shù)光年范圍,這些星際塵埃在引力作用下會慢慢聚集,遇到超新星大爆炸等宇宙事件,會促進這種聚集加快。
任何恒星誕生都是星云在萬有引力作用下不斷收縮而成,最終在核心形成一顆或多顆恒星,剩下的渣滓就聚集成了行星等。太陽系也是這樣形成的,只不過太陽系是1個單恒星系統(tǒng),中心只有太陽1顆恒星。
每個恒星系統(tǒng),恒星都占據(jù)了整個系統(tǒng)的絕大部分質(zhì)量,如太陽就占據(jù)了整個太陽系質(zhì)量的99.86%,剩下的0.14%碎渣殘氣就形成了八大行星和幾百顆衛(wèi)星,還有若干顆矮行星,無數(shù)的小行星等等。
地球的自轉(zhuǎn)來自恒星系統(tǒng)形成過程這個娘胎。
說穿了,恒星行星的娘胎都是星云,但其自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)來自形成過程的角動量繼承,所以說是天生的。
任何恒星系統(tǒng)在形成過程,都是在萬有引力作用下一個星云不斷收縮的過程。在星云不斷的收縮以致后面的迅疾坍縮過程中,由于收縮力的不均勻不平衡,這坨星云就會發(fā)生自轉(zhuǎn),而且自轉(zhuǎn)會越來越快,這樣就形成了自轉(zhuǎn)軸離兩極和赤道,巨大的離心力就會在這坨星云赤道部分甩出一個行星盤,也有人稱為恒星吸積盤,而這個盤面就是后來的黃道面。
隨著星云核心物質(zhì)坍縮得越來越緊密,核心部分在高溫高壓下激發(fā)了核聚變,恒星就形成了。恒星核心強大的輻射壓與星體本身巨大質(zhì)量的收縮壓抵消了,恒星不再收縮,并源源不斷向太空發(fā)出能量輻射,這就是恒星的主序星時期。恒星主序星時期占恒星總壽命的90%,是恒星穩(wěn)定時期。太陽主序星壽命在100億年左右,現(xiàn)在約50億歲了。
娘胎的角動量守恒,形成恒星行星的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)。
太陽形成后,繼承了星云的角動量,因此一直自轉(zhuǎn)著。而行星盤也還在不停的轉(zhuǎn)動,剩余的一些星云物質(zhì)和殘渣碎塊不斷碰撞,依然是在萬有引力作用下,像滾雪球一樣越滾越大,最終把自身軌道附近的殘渣余孽都滾在了一起,清空了軌道,這顆行星就形成了,地球也是這樣形成的。
太陽系的八大行星公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)都是繼承行星盤角動量守恒,公轉(zhuǎn)方向與太陽自轉(zhuǎn)方向一致,自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向一致。從太陽北極鳥瞰,所有行星的公轉(zhuǎn)方向都是反時針運行,自轉(zhuǎn)方向基本都是圍繞著各自的自轉(zhuǎn)軸反時針方向運行。這就是“娘胎”里帶來的,是天生的由來。
娘胎里帶來的統(tǒng)一性在后天環(huán)境中各自有所改變。
人類從娘胎里出來,帶有上一輩的基因,天生就有的性質(zhì)以外,也受到后天環(huán)境影響,長大成人后并不完全像爹娘一樣了。行星也是一樣,雖然天生公轉(zhuǎn)方向和自轉(zhuǎn)方向是一致的,但在后天環(huán)境中,由于天體碰撞等因素,會改變這種狀況。
現(xiàn)在所有行星的自轉(zhuǎn)軸都不是很正常的,而且有幾顆星球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)發(fā)生了很大改變。比如天王星自轉(zhuǎn)軸傾斜了97.8°,幾乎是躺在軌道上公轉(zhuǎn);而金星自轉(zhuǎn)方向與所有行星相反,且自轉(zhuǎn)周期243天,公轉(zhuǎn)周期224.7天,自轉(zhuǎn)一圈比公轉(zhuǎn)一圈時間還長。
研究人員認為,這是由于在行星形成初期,各個行星都受到了不同天體的碰撞所致。而天王星和金星受到的撞擊更大一些,因此就改變了娘胎里帶來天生的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)模式。我們地球也受到了一顆火星般大小的行星碰撞,碰撞的結(jié)果是自身質(zhì)量加大了約1/8~9,雙方混血生出了一個月球,自轉(zhuǎn)軸歪了23.44°,從此有了一年四季春夏秋冬。
慣性會讓地球一直保持姿態(tài)和動量,永遠運動下去。
由于太空沒有任何阻力,因此一個天體運動形成后,就會一直運動下去,這是慣性使然。何謂慣性?標準的解釋是物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì),稱為慣性。
怎么理解這個意思呢?就是任何物體都具有保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動的性質(zhì),一個人,一塊石頭,一架飛機,一顆星球都是這樣。它們本來的運動狀態(tài)是什么樣子,就與一直保持這個狀態(tài)的屬性,這就是物體的惰性。慣性的大小只與質(zhì)量相關(guān),成正比。
慣性的改變必須有外力,而且只有外力才能改變慣性運動狀態(tài),否則它們就會一直是那個樣子。地球自從繼承了娘胎里帶來的角動量,就一直以固定的速度勻速運動著,在沒有阻力和外力的情況下,會一直運動下去。
但外力改變了地球的運行姿態(tài),并且繼續(xù)改變著。
這個外力就是太陽。由于有了太陽這個巨大的引力源,地球勻速直線運動的狀態(tài)被改變了,太陽引力想方設法把地球拉進自己的懷抱,地球只得努力的掙脫,向前奔跑,而這個奔跑速度正好與太陽引力拉扯力相抵消,這樣地球也跑不脫,太陽也拉它不過去,運行就形成了一個圓圈圈,這就是地球的公轉(zhuǎn)軌道。
為什么所有的行星都正好是公轉(zhuǎn)速度與太陽引力相抵消呢?這就還是娘胎里帶來的,繼承了行星盤的速度而已。太陽系剛剛形成時,地球靠得太陽更近,因此自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度都會更快,只有這樣才能夠抵消太陽引力。
現(xiàn)在地球還有漸漸遠離太陽的趨勢,這里面有復雜的機制,其中有一種機制認為是太陽風的吹拂和太陽引力漸漸變小的趨勢,導致地球逐步遠離太陽。
因此地球未來公轉(zhuǎn)速度和自轉(zhuǎn)速度會越來越慢,不過這種慢的變化很緩慢。有科學研究認為,地球自轉(zhuǎn)大概1百年慢1.6毫秒。1秒等于1000毫秒,要62500年才會慢1秒,這樣10億年后,地球自轉(zhuǎn)1年就慢了16000秒,也就是約4.44個小時。這似乎變化不大,但有研究認為10億年后,地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都會有較大變化,在此我們就不討論了。