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地球自轉的動力能量來自宇宙大爆炸的時候、大爆炸分裂出來的時候就一直轉動和飛行、由於宇宙真空零摩擦力和自身大慣性、所以一直在保持自轉!
太陽系長兼地球名譽球長
地球大約在45億年前形成,從形成那一天起,地球就開始自轉和公轉。直到現在,地球還在一直轉動。那麼,地球轉動的動力源是什麼呢?地球在未來會停止轉動嗎?地球是不是永動機呢?
要了解地球能夠不斷轉動的原因,需要追溯到地球乃至整個太陽系的起源。最初的太陽系沒有太陽,也沒有各大行星和衛星,只有一團飄蕩在宇宙空間中的塵埃和氣體雲。在太陽星雲附近,有顆大質量恆星發生了超新星爆發,它所釋放出的衝擊波引發星雲中心坍縮成太陽。
在太陽形成過程中,它的引力不斷吸收星雲,導致星雲越轉越快,並且變得越來越扁。最終,絕大部分的星雲聚集在一起形成了太陽。剩餘的星雲繼續環繞太陽旋轉,形成了原行星盤。在原行星盤中,塵埃和氣體之間不斷髮生碰撞,形成微行星,而它們又在引力的作用下聚集形成了包括地球在內的各大天體。
根據角動量守恆,原行星盤中的物質形成地球之後,地球會繼承原先的角動量,所以地球會自轉和公轉。除非在形成地球時,物質碰撞剛好完全抵消掉自轉角動量,地球才不會自轉。但這種情況幾乎不可能發生,因為只要一些擾動,地球的自轉角動量就不會為0。
正因為如此,宇宙中的天體都會有自轉。至於那些被潮汐鎖定的天體,例如,月球,並不意味著那些天體沒有自轉,只是它們的自轉和公轉達到同步而已。同樣地,地球也會公轉,不然早就掉進太陽中。
太陽系的各大天體形成之後,大部分的原始星雲都已經被消耗殆盡。在空曠的太空中,地球的自轉和公轉運動沒有受到阻力的影響,地球的角動量不會被消耗掉,所以地球可以一直轉動數十億年而不停歇,並且在未來還會繼續轉動下去。
不過,這並不意味著地球是永動機。熱力學第一和第二定律已經表明,永動機無法被製造出來。雖然地球一直在轉動,但地球並沒有對外做功,所以地球不是永動機。
另外,雖然太空中沒有阻力,但月球的潮汐力會讓地球的自轉速度變得越來越慢。目前,地球的自轉週期是45億年前的4倍。再過百億年的時間,地球的自轉週期會增加到目前的47倍。在那之後,地球被潮汐鎖定,它的自轉速度不再變慢。
只要未來太陽不摧毀地球,地球的轉動就不會停止。但根據廣義相對論,地球與太陽的相互作用會持續輻射出引力波。經過漫長的時間之後,地球的角動量會被逐漸消耗掉,導致地球最終撞上早已成為黑矮星的太陽。
火星一號
地球自46億年前形成以來就一直自轉,並將繼續如此,直到世界末日。 地球是由圍繞新生太陽旋轉的氣體和塵埃形成的。在這個旋轉的過程裡,灰塵和岩石粘在一起形成了地球,隨著它的成長,太空岩石繼續與新生的行星碰撞,施加力使它旋轉。因為早期太陽系中的所有碎片都以大致相同的方向圍繞太陽旋轉,所以碰撞也使地球——以及太陽系中的大部分東西向那個方向旋轉。
太陽和太陽系是在一團塵埃和氣體因自身重量而坍塌時形成的。大部分氣體凝結成太陽,而剩餘的物質進入周圍的軌道形成行星。在它坍塌之前,氣體分子和塵埃粒子在各處移動,但是在某一點上,一些氣體和塵埃碰巧在一個特定的方向上移動了一點,使其旋轉運動。當氣體雲崩潰時,雲的旋轉速度加快,就像花樣滑冰運動員收攏手臂和腿時旋轉得更快一樣。
因為太空中沒有太多的東西可以減慢速度,所以一旦有東西開始旋轉,它通常會繼續旋轉下去。在這種情況下,旋轉的初生太陽系有很多角動量。結果就是,當太陽系形成時,所有的行星都可能向同一個方向旋轉。 然而今天,一些行星已經自行旋轉。金星旋轉方向與地球相反,天王星的旋轉軸傾斜90°。對金星來說,也許是一個碰撞引起它反向旋轉。或者它開始像其他行星一樣旋轉。隨著時間的推移,太陽對金星的引力,加上行星核心和地幔之間的摩擦,導致了旋轉翻轉。太陽和其他因素的引力相互作用可能導致金星的自轉變慢並逆轉。 天王星可能是一次巨大的碰撞或者一連串的撞擊使天王星改變了傾斜角。
儘管有這些干擾,太空中的一切都在向一個或另一個方向旋轉。“旋轉是宇宙中物體的基本行為。 行星旋轉,恆星旋轉,星系也在旋轉,太陽系需要2.3億年才能繞銀河系完成一圈。宇宙中一些旋轉最快的東西是脈衝星,它們是大質量恆星的屍體。有些脈衝星的直徑大約有一座城市那麼大,每秒鐘可以旋轉數百次。最快的一個被稱為Terzan 5ad,每秒旋轉716次。 黑洞可以更快。一個叫做GRS 1915+105的黑洞,可能每秒鐘旋轉920到1150次。
但是旋轉也會慢下來。當太陽形成時,每四天繞軸旋轉一次。今天太陽旋轉一次大約需要25天,太陽的磁場與太陽風相互作用來減緩它的旋轉。 地球的自轉也會減速。來自月球的引力以一種略微減緩地球速度的方式吸引著地球,地球自轉在一個世紀裡慢了1.78毫秒。
軍機處留級大學士
我們都知道永動機並不存在,但是如果從太空中看地球的狀態的話,它就像是一個永動機,一直在不停的自轉,同時也在圍繞太陽公轉,地球形成的46億年來都是如此!
不過運動的物體都需要受到某方面的力才會運動,地球之所以一直在自轉和公轉,也是因為受到了某些力的作用。這些力實際上絕大部分來自於地球形成的過程中,地球現在的自轉和公轉運行狀態,除了太陽的引力之外,基本上都是原先所獲取的物質對地球的撞擊力的作用慣性使然。
我們所在的太陽系誕生於一片原始星雲之中,其中最先形成的是太陽,它比地球大致早形成了約3億年,兩者在形成過程上其實是很相似的,在星雲物質聚集形成太陽的過程中,大量的物質聚集到太陽系的中心,在這些物質奔向原始太陽的過程中,必然會有極快的速度,大量物質以極快的速度撞擊,給了原始太陽以初始的自轉力量,雖然物質都是以不同的角度撞擊,但是在原始太陽的引力掌控了太陽系的運轉趨勢之後,繼續撞擊的物質的撞擊角度就開始大部分和原始太陽的自轉方向趨同了,這些來自大量撞擊物質角動量的力量,最終促成了太陽的自轉狀態,也造就了太陽的黃道面,而在太陽形成的過程中,太陽之外的黃道面上也有一些物質聚集,形成了原始的行星和矮行星等,我們的地球就是其中之一。
地球自轉形成狀態基本和上面所講的太陽一樣,也是有大量物質快速撞擊帶來的力促成的,每一次大的撞擊都足以在某種程度上影響地球的運行狀態,6500萬年前滅絕恐龍的小行星撞擊,也會輕微改變地球的自轉和公轉狀態的。不過地球的公轉狀態還是主要受太陽引力的影響,同時也是地球運行的初速度與太陽的引力達成了平衡,才會一直運行在太陽的宜居帶中的。
可見,地球並非永動機,它的自轉和公轉都會受到外力的影響,其運行狀態也正是因為外力的施加作用促成的,實際上地球的自轉速度一直在變化中,一般認為地球剛形成的時候每天的時間只有6個小時左右,種種外力作用使得地球的自轉運行速度變慢,其中月球的潮汐力影響比較大,它會使地球自轉的時間漸漸變長。
按照地球目前的運行趨勢來看,地球自轉的速度正在變慢,它的運行趨勢將會受到月亮和太陽運行狀態的影響,如果月球和地球互相潮汐鎖定,那麼地球上每天的時間(自轉一圈)將會長達如今的一個月;還有就是太陽對地球的潮汐鎖定作用了,如果地球被太陽潮汐鎖定,簡單來說,地球上一天(自轉一圈)的時間就會長達如今的一年。
科普大世界
我們知道地球正在旋轉,但是為什麼呢?為什麼它在旋轉?為什麼太陽系的一切都在旋轉?為什麼大部分都是在同一個方向旋轉?
這不可能是巧合。從太空往下看地球,你會看到它在逆時針方向轉動。太陽、火星和大多數行星也是如此。
45.4億年前,我們的太陽系在氫雲中形成,這與獵兔星雲或鷹星雲不同,因為這些氫雲擁有無與倫比的創造性。
然後,它受到了一些衝擊,比如來自附近超新星的衝擊波,這就形成了一個冷氣體區域,通過氫雲間相互引力向內塌陷,當它坍塌時,雲開始旋轉。
但是為什麼呢?
這是角動量守恆。想想氫雲中的單個原子。當它在太洞中漂移時,每一個粒子都有它自己的動量。當這些原子在引力作用下相互碰撞時,它們需要平均它們的動量。可能完全平均到零真的不太可能。
也就是說,會有一些剩餘的。就像一個花樣滑冰運動員挽著胳膊更快地旋轉一樣,坍塌的初始太陽系以其平均的粒子動量開始旋轉得越來越快。
這是角動量守恆定律。
隨著太陽系的旋轉速度加快,它變成了一個平平的圓盤,中間有一個凸起。在整個宇宙中,我們看到同樣的結構:星系的形狀,圍繞快速旋轉的黑洞,我們甚至在比薩餅餐廳看到它。
太陽是由圓盤中心的凸起形成的,而行星則是在更遠的地方形成的。他們從太陽系本身的整體運動中繼承了它們的旋轉。
在幾億年的時間裡,太陽系中的所有物質聚集在一起形成行星、小行星、衛星和彗星。然後,來自太陽的強大的輻射和太陽風清除了剩下的一切。
沒有任何不平衡的力作用在它們身上,太陽和行星的慣性使它們旋轉了數十億年。它們將繼續這樣做,直到它們與某個物體相撞,在未來數十億年甚至萬億年。
你還在想,為什麼地球會自轉?
地球自轉是因為它形成於氫雲的吸積盤中,氫雲由於相互引力而崩塌,需要保持其角動量。由於慣性,它繼續旋轉。
它的方向與其他行星旋轉方向是相同的,因為它們都是在幾十億年前在同一個太陽星雲中形成的。
地球的自轉也受月球的潮汐引力的影響。由於月球的存在,地球的自轉速度正在以每年約1毫秒的速度減慢。過去,地球以更快的速度旋轉,足以使恐龍在一天中長約22小時。
除了減緩地球自轉外,月球的潮汐引力也使月球從地球緩慢地遠離,每年的速度約為1毫米。在遙遠的過去,月亮離我們更近了。它在我們的天空中會顯得比現在大得多,幾百萬年後,地球上一天的週期可能會延長到25或26小時。人們將不得不再等一會兒,等待太陽昇起。
科技領航人
謝謝,地球自轉的動力來源是:原始星雲物質之間的勢能!
可以做一個有趣的實驗,用一根細線,吊起一隻籃球,用手使其靜止,在沒有外力作用的狀態下,籃球就會保持靜止狀態,這個時候,我們用一塊柔軟、粘稠的牛皮糖去砸這個籃球,就會出現兩種情況:
(一)牛皮糖正中籃球的重力線大圓和水平大圓的交點,這個時候,籃球會被牛皮糖具有的動能推動,成為單擺,這個時候,籃球是看不出旋轉的。
(二)牛皮糖砸在其它位置,毫無疑問,籃球就會被牛皮糖搞成旋轉狀態,持續不斷地用牛皮糖去砸籃球,籃球就會越轉越快。
在宇宙的真空狀態,兩個基本粒子本來就處於自旋狀態,彼此隔開幾百、上千公里,通過萬有引力作用,相互靠近,勢能轉化成動能,同樣是會發生上述兩種情況,
1)兩個粒子的碰撞線路和粒子之間的中心連線重合,就屬於“正碰撞”,兩個粒子便會被彈開,這就是“牛頓擺”的原理。理論上講,如果這兩個粒子沒有其它因素干擾,可能會永遠碰撞下去。這種情況是不會形成大塊物質的,這是數學上的一種理想狀態。
2)絕大多數情況下,兩個粒子的碰撞線路和中心連線不一致,那麼這兩個粒子碰撞後,一部分動能就會轉化為兩個粒子的旋轉動能。這和牛皮糖砸籃球是一個道理。宇宙中的天體就是在這樣的情況下聚合的,基本粒子在四種基本力的情況下結合在一起,形成更大的粒子,直至組成宏觀物質,比如納米級、微米級、直至成千上萬公里的巨大天體,而原始旋轉動能就是來自彼此之間的勢能!
所有的原始星雲物質彌散在太空,距離可以達到幾十光年,哪怕是極其微小的粒子,彼此之間的勢能也是很客觀的,在匯聚的過程中,勢能逐步轉化成旋轉動能,這就是為什麼天體都是旋轉的第一推動力,至於勢能是如何來的,不在這個問題框架內討論。
匯聚成地球這樣的天體,可以想象要花多少年,這樣巨大的旋轉動能,除非是另一個同樣巨大的地球與其相撞,或者有更多的小天體持續從相反的方向撞向地球,才能夠促使其停止旋轉,當然這就是宇宙災難了。
太空中有這樣的力量阻止地球的自轉,那就是巨大天體的引力導致的潮汐作用,比如太陽、月球,它們每時每刻都在干擾地球的自轉,讓地球喪失部分旋轉動能,不過這個力量十分微弱,都45億年過去了,也只是將地球的旋轉週期從每天22小時,調整到24小時……
地球當然不會存在哲學意義上的“永遠旋轉”,她也有消亡的那一天,等到被太陽吞噬的時候,她就分崩離析,成為一團等離子體,融合到太陽當中,隨著太陽自轉了。
諸葛小村姑
對於運動本身,很多人常常有一個下意識的誤解,認為運動一定需要能量,需要外力作用。其實這是對運動的誤解。
運動本身並不一定需要能量,改變運動方式才需要能量需要外力作用,牛頓定律早就表明了這點。任何物體都將保持靜止或者勻速直線運動,直到外力迫使物體改變這種狀態,如果沒有外力作用,物體將由於慣性一直保持原有運動方式。
而地球的自轉就是一種慣性,正是這種慣性作用讓地球一直自轉了數十億年,如此漫長的時間並不需要任何外力來保持地球自轉!
所以,簡單說,地球一直轉的原因是因為慣性,不是因為任何動力,也不需要任何動力。問題的重點在於:地球剛形成時為何會自轉?而不是地球為何會一直轉!只要地球形成時就開始自轉,那麼由於慣性作用地球當然可以一直轉(外太空幾乎是虛空)!
那麼地球形成的過程為何會自轉呢?
不僅僅是地球,其他天體也會自轉。宏觀上來講,因為地球形成的過程其實就是各種塵埃隕石不斷相互撞擊,通過引力聚集在一起的過程。而在撞擊的過程中不可能正好正面相撞,那麼這樣就會形成旋轉,地球當然也會自轉。微觀上來講,微觀粒子都有自旋屬性。
當然,地球自轉主要還是來自於太陽的自轉,太陽自轉產生角動量,根據角動量守恆,一部分角動量分配給了周圍的行星,造成了行星的自轉。
宇宙探索
目前關於地球能夠持續不斷地進行自轉的動力來源問題,科學界的主流觀點就是角動量守恆。也就是說,一個在沒有受到外界干擾的物體,如果本身一開始就在旋轉,那麼這種旋轉的趨勢就可以一直保持下去。
在太陽系的形成初期,在現在的太陽周圍,存在著一個巨大的超新星,發生爆發之後,噴灑出大量的能量和星際物質。原始星雲中的星際塵埃,在長期的碰撞中逐漸吸附聚焦,質量逐漸增大,在此過程中又因為萬有引力的作用,吸引越來越多的氣體和塵埃,當質量聚集到一定程度後,觸發了內核的聚變反應,向外散發著光和熱,太陽就逐漸形成了。在太陽形成之後不久,在稍遠一些的軌道上,也逐漸由星際物質聚集成了巖質行星,在更遠的軌道上被太陽風吹走的較輕氣體逐漸聚集了氣態行星。在這些行星的形成過程中,勢必經歷了大量、頻繁的物質撞擊,然後或聚集、或分離,如此反覆,才慢慢組合成了行星的“雛形”。
那麼,在數不勝數的撞擊中,不可能每次都撞到行星的正中心,因此行星就會獲得推動自身轉動的源動力,而在這些撞擊過程中,肯定會有一個最大質量、最大速度的撞擊,決定著行星最後的轉動方向和轉動速度,最後隨著遊離星際物質的逐漸減少,撞擊次數不斷減少,這種轉動的方向和速度就佔據了絕對主導地位,一直保持下去。
由於星際空間的物質非常稀薄,地球在自轉過程中受到的摩擦力非常小,因此動力損耗也比較低,這種高速的自轉可以一直在相對穩定地進行保持。但是,摩擦力小並不代表著沒有摩擦,在地球形成之後的40多億年曆史進程中,在星際物質阻力、月球潮汐力、太陽潮汐力等外界因素的影響下,地球的自轉速度其實一直是在逐漸減小的,從形成之初的自轉一週僅需要4個小時,5億年前已經減至20個小時,目前是24個小時,未來自轉週期還會進一步拉長,不過這個過程會相當地緩慢,我們根本感覺不出來而已。
優美生態環境保衛者
地球和其它行星一樣,懸浮於茫茫宇宙,憑我們普通人在地球上的習慣性認知,很難想象它是在怎樣的情形下自由地,勻速地繞大陽公轉又自轉的呢?偉大的牛頓先生想過,平凡的我們也想過,但唯有牛頓先生和後來的超級大腦愛因斯坦先生才發現了其中的奧妙。
牛頓發現我們地球上的所有有質量的物體都會受到地球的引力,而且質量越大引力越大,這是它通過觀察蘋果落地而受到的啟發,那麼要掙脫這種引力而自由飛翔需要多大力呢,牛頓通過扔石子得到了啟發,一粒小石子(假設為一克)讓一個幼兒去扔,他可能扔一米,讓一個成年人去扔,他可能十幾米幾十米,讓一個標槍運動員去扔,也許就是上百米,假設讓一個力氣非常大非常大的人(後來的火箭)去扔這石子不就會因為地球是個圓形而無法在地球上落地了麼。偉大的牛頓通過計算,找到了不同質量(多少克)需要多大力(動能)產生多大速度才能掙脫地球引力而自由飛翔(如人造衛星)的動能方程。所以借牛頓理倫來回答你的問題就是;地球有一定的質量,它受到了大陽的引力,因為它的運動又產生了離心力,兩種力達到了平衡以後地球就會圍繞大陽而週轉起來。如果我們把地球的北極作為上,把南極作為下,把指向大陽作為右,把背離大陽作為左的話。牛頓幫我們解釋了地球為什麼不往左右倒的問題。而更偉大的愛因斯坦通過他的時空理倫解釋了地球為什麼不上下墜的問題。
在愛因斯坦看來,我們普通人所認為的大空並非就是真的空,它是由時空組成的多維度網(我們生活在三維世界的人感知不到),有質量的物體(如地球)在這網中就會讓時空產生扭曲,如我們人類俗話所說,那裡有壓迫,那裡就有反抗,時空產生扭曲它就會給存在其中的物體產生回覆力(時空不願被扭曲),就是這個力讓我們的地球既不上躍也不下墜。
潑涉者
地球每天自轉對於我們來說絕對是一件好事,這對於整個地球的生命都是給予,如果地球沒有自轉,很可能生命也不會存在了。地球的自轉行為允許大部分地區在白天可以沐浴在陽光下,晚上可以在黑暗中,保持一個良好的、舒適的溫度。
那麼說到自轉,為什麼地球和其他行星會旋轉呢?說到這裡我們需要先了解一下太陽系的形成。大約50億年前,我們的太陽系起源於一個巨大的氣體雲之中。塵埃開始塌陷,變平,之後形成一個巨大的圓盤,旋轉得速度越來越快。
太陽在中心形成,旋轉盤(星盤)其餘部分的旋轉氣體和塵埃聚集在一起,產生行星、衛星、小行星和彗星。當行星形成時,我們的太陽系非常不和平。各種大小的塊狀物質經常發生碰撞,要麼聚合在一起,要麼互相撞擊,有時,大物體的引力會捕獲軌道上較小的物體。這可能是行星獲得衛星的一種方式。
科學家們認為,一個巨大的物體,也許和火星一樣大,撞擊了我們年輕的行星,擊落的一大塊最終成為我們的月球。這次碰撞使地球自轉速度變了科學家估計,地球初期中的一天只有大約6小時長,月球也比今天離地球近得多。而在未來,地球的自轉或許永遠不會停止,因為地球自轉幾乎沒有阻力。