我們知道晝夜交替是因為地球的自轉,但是為什么地球會自轉呢?最初有什么力量推動了地球的自轉呢?
還有為什么太陽系的各大天體都在自轉呢?為什么大多數天體的自轉方向還都是相同的呢?
這不大可能是巧合。從地球上方(北)往下看,你會看到地球是以逆時針的方向旋轉,太陽及大部分行星亦是如此。
在45.4億年前,我們的太陽系從一片氫氣云中形成,這片星云不同于獵戶座星云或有著創生之柱的鷹狀星云。
然后,它獲得了一些推動力,比如來自鄰近超新星的沖擊波,然后這使一片較冷氣體的區域通過其相互之間的引力向內坍縮。隨著它的坍縮,這片星云開始旋轉。但是為什么呢?
這就是角動量守恒。
試想一下氫氣云中的單個原子。每個原子都有自己的動量,這是由于它飄蕩在太空中的緣故。隨著這些原子在引力的作用下相互聚集,它們的動量最終得到平衡。有可能最終平均剛好為零,但這是極度不可能的。
這意味著將會余下一些動量。就像花樣滑冰運動員把手臂收回來能旋轉得更快,坍縮的原始太陽系伴隨著原子動量的平衡開始旋轉得越來越快。
這就是角動量守恒在起作用。
太陽星云
隨著太陽系加速旋轉,它逐漸扁平變為一個中間凸起的圓盤。這種結構在整個宇宙中很普遍:星系的形狀、快速旋轉的黑洞、還有披薩也是這樣。
太陽在這圓盤中心的凸起部分形成,而行星則在遠一些的地方形成。它們繼承了來自太陽系本身整體運動的旋轉。
在幾百萬年之后,太陽系中的所有物質都聚集到行星、小行星、衛星和彗星之中。年輕太陽釋放出的強大輻射和太陽風清除了余下的一切。
由于沒有受到任何不平衡力的作用,太陽和行星的慣性讓它們保持旋轉了幾十億年。
而它們會如此繼續下去,直到未來數十億年甚至數萬億后它們與某些天體相撞。
原始太陽系
那么,你還在疑惑為什么地球會自轉嗎?
地球會自轉是因為它在一片通過相互引力作用而坍縮的氫氣云吸積盤中形成,而角動量則是守恒的。因而,由于慣性地球繼續旋轉。
各種天體的自轉都是朝同一方向的原因是因為它們都在數十億年前在同一片太陽星云(Solar Nebula)中形成。
地球的自轉也受月球潮汐力的影響。因為月球的潮汐力作用,地球的自轉速度每年減慢1毫秒。在遠古時期,地球的自轉速度比現在快得多,在恐龍時代一天的時長大約是22小時。
除了減緩地球的自轉速度,月球的潮汐力還導致月球慢慢遠離地球而去,速度約為每年1毫米。在遙遠的過去,月亮離地球比較近,因而那時天空中的月亮看起來要更大。
而在數百萬年之后,在地球上一天可能會延長至25或26小時。