天文科普:地球自轉公轉的動力是什麽,為啥一直不停,也不墜落?
來源:時空通訊
發布時間:2021-11-29
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首先,運動是自然規律,不存在從(cong) 哪裏來的問題

現代科學早就已經發現,物質無論大小,小到基本粒子,組成物質的原子、分子,大到星球、星係、星雲(yun) 都在不停地運動。這些運動受四種基本力的控製,即引力、電磁力、強力、弱力。

因此,運動是宇宙規律。所有的天體(ti) 都在自轉和公轉,地球也不例外,這也是規律,是宇宙法則。規律就是客觀存在,人類無法創造也無法改變規律,隻能認識和利用規律,也不存在為(wei) 什麽(me) ,從(cong) 哪裏來的問題。

宇宙第一推動力是宇宙大爆炸,從(cong) 138億(yi) 年前某一刻大爆炸開始,到今天宇宙都還在不停地膨脹。現代理論認為(wei) ,除了第一推動力,宇宙中的暗物質和暗能量的博弈,主導著星係的收縮和膨脹的速度。

由此,宇宙運動能量從(cong) 哪裏來是很複雜的,每一個(ge) 粒子的運動也是很複雜的,它們(men) 既受到第一推動力的影響,也受到四種基本作用力的影響,還受到暗物質暗能量的影響。

那麽(me) 地球自轉的能量又是怎樣來的呢?現在我們(men) 采用奧卡姆剃刀原理,在複雜的原因中剃除掉一些非主要因素,讓其變得簡單明了化,那麽(me) 地球自轉和公轉主要是受引力和角動量守恒的影響。

要弄清這個(ge) 問題,必須從(cong) 地球的形成過程說起

恒星是宇宙中可見物質的最主要組成部分,占宇宙可見物質質量的90%以上。而地球這樣的行星,包括矮行星、衛星、小行星、彗星、碎塊塵埃等,都是恒星形成後剩下的渣子組成,占比極小。

如在太陽係,太陽一個(ge) 天體(ti) 的質量占全係統的99.86%,其他八大行星以及幾百個(ge) 小天體(ti) 、無數小行星碎片加起來才占整個(ge) 質量的0.14%,地球質量隻是太陽質量的33萬(wan) 分之一,即0.0003%。

所有恒星都是由巨大的星雲(yun) 凝聚而成,期間起作用的主要是引力。其形成過程在過去已發文章中已多次描述,這裏就不展開說了。太陽形成後,在其周圍有一個(ge) 行星吸積盤,一直保留著太陽形成過程的角動量,也就是圍繞著太陽旋轉。

太陽剛形成時,會(hui) 發出很強的輻射(又叫恒星風),將吸積盤中的物質吹向遠方,這樣就形成了輕物質被吹得更遠,重物質就更近的圍繞在太陽周圍。由此,圍繞著太陽就形成了4顆密度更大的類地行星,它們(men) 是水星、金星、地球、火星;而距離太陽更遠則形成了4顆密度較小的氣態行星,即木星、土星、天王星、海王星。

這個(ge) 吸積盤就是如今的黃道,也是太陽係行星等天體(ti) 物質主要集中在黃道的原因。

地球公轉和自轉的直接原因

在相互引力作用下,行星盤的渣子們(men) 相互碰撞凝結,從(cong) 拳頭大漸漸凝聚到一個(ge) 房子大,越大吸引力就越強,漸漸成為(wei) 一個(ge) 球形,並將軌道周圍的所有渣子都吸附殆盡,這樣行星就形成了。

地球和所有行星都是這樣形成的。地球公轉就是繼承了吸積盤的角動量,就是它過去是以什麽(me) 速度旋轉,形成地球後還是按這個(ge) 速度公轉。

地球自轉的形成則有多種說法,主要有撞擊說、平衡說和太陽引力說。

地球在形成過程,渣子的碰撞和吸附過程中,不可能一直保持不動,會(hui) 漸漸旋轉起來,這就是地球自轉的開始階段;地球初步形成後,又與(yu) 一顆約火星大小的行星(科學家們(men) 把它稱為(wei) 忒伊亞(ya) )相撞,融合成一個(ge) 更大質量的地球,而撞出的熔岩碎渣飛上天空凝聚成了月球。

這個(ge) 過去也說過多次,也不展開說了。在這些碰撞過程中,地球就形成了現在的自轉角度和速度,這是地球自轉的主要來源;而行星為(wei) 了保持公轉軌道的穩定性,也必須自轉,就像陀螺一樣,隻有旋轉才能保持平衡。

還有一種說法,地球自轉是受太陽引力作用影響形成的。這種說法認為(wei) ,太陽引力把行星朝太陽一麵吸引得隆了起來(引潮力影響),隨著行星公轉,這種隆起的部位就會(hui) 變化,由此強行推動了行星自轉。

地球自轉很可能是這幾種作用力的綜合推動形成的。

物質的基本屬性~慣性,是地球一直保持自轉的原因

所謂慣性,就是物體(ti) 保持靜止狀態或勻速直線運動狀態的性質,是物質的基本屬性。這個(ge) 理論是說,任何物質都具有慣性,就是保持某種運動狀態或靜止狀態的屬性,隻要沒有外力作用,這個(ge) 物體(ti) 就會(hui) 一直保持某種狀態。

在太空中,處於(yu) 真空狀態,沒有任何阻力,因此地球等天體(ti) 一旦形成某種運動狀態,在沒有外力作用下,就會(hui) 永遠保持這種運動狀態。地球也一樣,其公轉和自轉一旦形成,就會(hui) 一直維持下去,除非有外力改變它。

比如地球公轉,它一直會(hui) 以既定速度均速直線運動。但由於(yu) 太陽引力這個(ge) 外力牽製,地球就無法保持勻速直線運動,而具有被太陽拉扯著向其靠近的趨勢;但其勻速直線運動的動能又總讓地球具有擺脫太陽引力的趨勢,這兩(liang) 種力形成了一個(ge) 平衡,就形成了地球圍繞太陽公轉的現象。

其他行星莫不如此。由此看來,地球在太空中運動並非完全沒有外力影響,太陽的引力無時不刻地影響著它,因此其公轉速度和自轉速度也是不斷變化的,這個(ge) 變化就是地球距離太陽越來越遠,公轉和自轉速度越來越慢。

地球公轉和自轉的速度一直在變化

地球自轉和公轉速度總體(ti) 一直是變慢的趨勢。

現在地球距離太陽約1.5億(yi) km(千米),公轉線速度約30km/s(千米/秒),自轉速度為(wei) 24小時一周,赤道線速度約464m/s(米/秒)。而在46億(yi) 年前,地球剛誕生時,距離太陽比現在更近,因此自轉速度和公轉速度都更快,據一些科學建模測算,45億(yi) 年前地球的一天隻有4小時,而到了40億(yi) 年前則延長為(wei) 8小時,30億(yi) 年前為(wei) 18小時,6500年前恐龍時代則為(wei) 23小時。

現代研究發現,地球自轉還在變慢。有一項研究認為(wei) ,地球軌道一直在緩慢遠離太陽,每年達到1.5cm(厘米),而自轉依然在變慢,100年慢1.6毫秒。這是個(ge) 什麽(me) 概念呢?就是1億(yi) 年後,地球會(hui) 遠離太陽1500km,每天時間會(hui) 延長1600秒,也就是26.7分鍾。

這種公轉軌道變遠和自轉速度變慢的原因很複雜,主要還是引力變化和太陽、月球對地球的引潮力導致的,要說清楚這些理論很複雜,在過去也多有講過,就不展開說了,有興(xing) 趣的可以查看以往我發過的相關(guan) 文章。

以上就是地球自轉和公轉變化的依據。

地球為(wei) 何懸在空中不會(hui) 墜落?

這是一個(ge) 笑話,是因為(wei) 完全不具備宇宙空間常識而提出的問題。簡單地說,宇宙中不存在上下左右關(guan) 係,何謂墜落?我們(men) 人在地球上生活,由於(yu) 地心引力才有了上下的感受,才有墜落這個(ge) 相對的詞匯出現。

在宇宙中,隻有引力作用,而無上下左右之分。宇宙空間一個(ge) 子係統裏,主要是引力在起作用,相互的引力作用讓一群天體(ti) 聚集在一起。如在太陽係,太陽是最大的天體(ti) ,其引力起著決(jue) 定作用,所有的其他天體(ti) 都圍繞著太陽運行。

但引力也是相互作用的,小天體(ti) 也會(hui) 對大天體(ti) 產(chan) 生作用。如地球不但受到太陽引力作用,也受到月球引潮力作用。月球隻有地球質量的1/81,但正是這個(ge) 比地球小很多的衛星影像,地球的潮汐才更大,這是因為(wei) 月球距離地球近,其引潮力是太陽的2.5倍。

如果要說墜落,一般來說就是小天體(ti) 受到大天體(ti) 的引力作用,被拉扯進它的懷抱。如地球,理論上太陽可以把地球拉近它的懷抱。但地球由於(yu) 在形成時繼承了行星盤的角動量,以一定的線速度具有逃脫太陽引力的趨勢,引力和速度形成了一個(ge) 平衡,這樣地球既逃脫不了太陽引力,太陽引力就也拉扯不了地球過去。

這就是環繞速度,所有的行星都具備這樣的環繞速度。隨著距離遠近,這個(ge) 速度會(hui) 自動調整。這樣地球和其他行星就會(hui) 永遠圍繞著太陽運行下去,一直到太陽滅亡。

因此,在太空中不存在墜落的概念,即便是掉落到太陽上去,既可以說是被吸上去,也可以說是落下去,而非一定是墜落下去。




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