簡單講,地球的轉動不需要什么力量,是慣性讓地球一直保持自轉。
也就是說,理論上講,如果沒有外力影響,地球會一直轉動下去,直到永遠。
上學時物理課上我們都學過牛頓第一定律,如果一個物體不受力或者說受到的合力為零,那么這個物體會始終保持靜止或勻速直線運動,保持原有的狀態(tài)不變。而這種維持原有狀態(tài)不變的性質就是我們常說的“慣性”。
慣性在我們生活中無處不在,任何有質量的物體都有慣性,慣性的大小與質量成正比。最常見的例子就是坐車時,如果汽車突然急剎車,我們會不由自主地向前傾。
只不過或許就是因為慣性作用在我們生活中無處不在,但我們在現(xiàn)實生活中很難看到一個物體始終保持靜止或者勻速直線運動,慣性作用似乎與我們的日常生活經驗相悖。
其實不然,因為現(xiàn)實生活中任何物體都會受外力作用,而且受到的合力不可能為零,萬物總會受到各種阻力,其中大多數(shù)是摩擦力。這就是為什么,一旦我們松開油門,汽車很快就會停下來,因為汽車與地面有摩擦力,同時汽車也會遭受風的阻力。
但松開油門后,汽車并不會瞬間停下來,而仍舊會行駛一段距離后才會停下來,實際上這恰恰是慣性的表現(xiàn),慣性會讓汽車保持原有的運動狀態(tài),直到外力迫使汽車的運動狀態(tài)改變。
還有就是陀螺,很多人小時候都玩過,越是光滑的地面,陀螺轉動的時間就越長,理想環(huán)境下,如果沒有任何摩擦力和空氣阻力,陀螺就會一直轉動下去。
而我們的地球不正是一個超級大的“陀螺”嗎?只不過這個超級大的“陀螺”是在太空中轉動,而不是在某個“地面”上。地球在圍繞太陽公轉的同時,也在自轉。由于速度很快,地球在公轉時會產生巨大的虛擬離心力,所以地球并不會被太陽強大的引力吸引,不會墜落到太陽上。
剛才講了,現(xiàn)實中的陀螺之所以會停下來,主要是因為陀螺與地面有摩擦力。而地球這個超級“陀螺”在太空中轉動,幾乎不會受到任何摩擦力,因為太空幾乎是真空環(huán)境。理論上講,真空不空,的確有極其少量的氣體云和塵埃分子,但少得可憐,對地球產生的摩擦力幾乎可以忽略不計,再加上地球本身質量巨大,慣性也就更大,如此微乎其微的摩擦力對地球自轉速度的影響幾乎為零。
真空環(huán)境中,哪怕是鐵球和羽毛同時下落,兩者的下落速度都是一樣的,航天員在登陸月球后曾在月球上親自做過這樣的實驗,讓一個鐵球和羽毛從同一高度下落,結果發(fā)現(xiàn)兩者同時墜落到月球表面。
說了這么多,大家心里應該也明白了,問題的關鍵不在于地球為什么能轉動46億年,而在于“地球誕生時為什么會轉動?”。也就說說,地球誕生之初轉動起來的動力到底來自哪里?
這個原動力來自太陽!太陽在誕生的過程就發(fā)生了轉動,而包括地球在內的八大行星還有彗星衛(wèi)星小行星等天體,都會隨著太陽的轉動而轉動,因為太陽之外的所有天體其實都是太陽誕生過程中留下來的“殘渣”形成的,太陽會把自己的角動量分給那些“殘渣”,獲得一定的角動量之后,包括地球在內的天體當然都會轉動。
那么,太陽為什么會轉動呢?不轉動不行嗎?
我們需要詳細了解太陽誕生的過程。太陽是通過星際云在引力作用下不斷向內坍縮形成的,當不斷坍縮的星際云質量達到某個臨界點,就會引發(fā)核聚變,就宣告了太陽的誕生。
而星際云在向內坍縮的過程中,由于密度溫度分布的不平衡,會導致每個局部的星際云向內坍縮的速度和角度會有很大不同。同時隨著星際云向內坍縮,星際云的整體密度會越來越大,每個星際云分子之間的距離會越來越近,彼此之間的碰撞也會越來越頻繁。
在碰撞的過程中,由于星際云分子的速度和碰撞角度不同,結果一定會發(fā)生旋轉。而局部的旋轉當然也會讓太陽這個整體轉動起來。
從微觀層面來講,自旋也是每個微觀粒子的固有屬性,微觀粒子天生就在自旋,沒有原因,起碼目前我們不知道原因,只知道就是那樣的。
科學家們也分析過,如果單純靠太空中那極其微弱的摩擦力迫使地球停止自轉,需要極其漫長的時間,等到太陽系終結的那一天,地球的轉動也不會停止。
當然,現(xiàn)實中地球處在一個非常復雜的環(huán)境中,受到的力量絕不僅僅有太空極其微弱的摩擦力。實際上,地球的自轉速度一直在變慢,當然這并不是因為剛才所講的太空摩擦力影響,而是來自月球和太陽的潮汐引力的影響,其中月球的潮汐引力影響力最大。
何為潮汐力?
月球對地球表面的海洋會有引力作用,這種作用力會讓朝向月球的海洋隆起。同時,由于地球一直在轉動,而海洋也會隨著地球一直轉動。就會造成這樣的結果:隆起的海洋并不會正對著月球,兩者之間會形成一個夾角。
這就相當于月球的引力拉拽著隆起的海洋,而這種拉力會讓海洋與地球之間形成強大的摩擦力,減緩地球的自轉速度。在大約十幾億年前,地球自轉一圈的時間只有大約18個小時,遠小于如今的24小時。
月球通過潮汐力讓地球自轉速度變慢的同時,也在漸漸遠離地球。科學家們發(fā)現(xiàn),月球正以每年大約3.8厘米的速度遠離地球。
除了月球之外,太陽也會對地球有潮汐作用,雖然太陽引力更大,但由于距離更遠,所以太陽對地球的潮汐引力作用要遠小于月球。也因為太陽和月亮都對地球有潮汐作用,所以地球的海洋也會有大潮和小潮之分,當太陽和月亮對地球的潮汐力正好呈一條直線時,就是大潮,此時地球漲潮最猛烈。而如果太陽月球對地球的潮汐力垂直時,就是小潮。
完!
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