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深度長文:地球46億年的歷史一直在自轉,背后到底有什么力量?

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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,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??茖W家們發(fā)現,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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