地球擁有大約45億年歷史,自從地球誕生以來,就一直在轉(zhuǎn)動,在圍繞太陽公轉(zhuǎn)的同時,也在自轉(zhuǎn)。
很多人就有疑問:45億年的時間如此漫長,地球的轉(zhuǎn)動為什么沒有停下來呢?難道地球是永動機?
地球的轉(zhuǎn)動與永動機沒有任何關(guān)系,所謂的“永動機”,并不是指“永遠轉(zhuǎn)動的機器”,而是“不依靠能量輸入持續(xù)對外做功的機器”,永動機的關(guān)鍵在于“是否做功”,而不在“是否運動”。
那么,地球的質(zhì)量如此大,為何能一直轉(zhuǎn)動數(shù)十億年之久,而且還會持續(xù)轉(zhuǎn)動下去呢?
簡單說兩個字:慣性!
地球誕生之初就在轉(zhuǎn)動,之后依靠慣性一直轉(zhuǎn)動到今天。地球質(zhì)量很大,慣性自然也很大,而地球自身在太空中幾乎不會受到任何摩擦力的影響,所以在慣性作用下的轉(zhuǎn)動速度幾乎不會改變。
牛頓提出的“慣性定律”完全改變了之前人們幾千年來對運動的錯誤認知,長期以來人們一直認為力是物體運動的原因,任何物體的運動都需要力的作用,其實并不是這樣的。
力并非物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因。在不受外力或者合力為零的情況下,物體會一直保持靜止或者勻速直線運動。
雖然地球的運動并不是勻速直線運動,但可以通俗地理解為“勻速直線運動”。地球時刻受到太陽的引力,但公轉(zhuǎn)的同時也會產(chǎn)生一種虛擬力:向心力,或者說“慣性力”,這兩個力達到了平衡。
只要地球誕生之初處于運動狀態(tài),在慣性的作用下就可以一直保持這種狀態(tài)。因此,問題本質(zhì)就轉(zhuǎn)變?yōu)椋旱厍騽傉Q生時為什么會轉(zhuǎn)動?
下面就具體分析一下地球的誕生過程和未來的演化方向。
其實我們的地球并不特殊,因為在浩瀚宇宙中,不僅僅是地球,所有的星球都會像地球那樣旋轉(zhuǎn),而旋轉(zhuǎn)的動力就來源于形成之初的引力勢能。具體來講是這樣的。
一開始當時是沒有行星的,只有恒星。其實不管是恒星還是行星,都是由星際云物質(zhì)匯聚而成的,只不過是先后的問題。恒星首先誕生,在誕生之后殘留下來的“邊角料”形成了行星。
恒星形成的物質(zhì)來源主要是含有氫的星際云,而行星的主要物質(zhì)來源是星際塵埃,這些塵埃中的主要物質(zhì)基本上都是通過超新星爆發(fā)產(chǎn)生的,比如說氧,鐵,硅等元素,甚至還有比鐵更重的元素。
所有的這些原始物質(zhì)會在引力的作用下匯聚,而匯聚的過程其實就是引力勢能轉(zhuǎn)換為動能的過程。
這個過程會非常混亂,非常暴力,物質(zhì)之間充滿了各種碰撞,然后出現(xiàn)速度和方向的疊加,這種疊加完全是隨機的,非常混亂,所以最終整體上會呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)最終結(jié)合成一顆旋轉(zhuǎn)的星球。
根據(jù)能量守恒,任何星球在誕生的過程都滿足這樣一個簡單的公式:動能加上熱能等于引力勢能。從公式中可以看出,對于宇宙中的任何星球,其自轉(zhuǎn)的動能,永遠會小于它的重力結(jié)合能。
現(xiàn)實生活中,我們會注意到,任何物體的運動最終都會停下來,那是因為摩擦的存在。那么像地球那樣的星球,在旋轉(zhuǎn)的過程中是不是也會因為摩擦而減速,甚至最終停下來。
答案當然是肯定的。
剛才說了,地球在轉(zhuǎn)動的過程中幾乎不會受到任何摩擦力的影響,因為地球所在的太空幾乎是真空環(huán)境。不過所謂“真空不空”,即使在我們看起來貌似空無一物的太空,其實也存在極其少量的氣體云分子,當然氣體云分子的密度是相當?shù)偷摹?/p>
再加上地球自身的質(zhì)量很大,而氣體云分子在地球龐大質(zhì)量面前顯得太微不足道了,對地球的影響幾乎可以忽略不計,或者說需要極其漫長的時間,才能憑借微小的摩擦力讓地球的轉(zhuǎn)動停下來。
具體需要多長時間才能讓地球停下來呢?
科學(xué)家估計,需要大約3000萬億年的時間,才能憑借氣體云分子那微小的摩擦力讓地球停下來。
顯然,這個時間太漫長了,甚至比目前宇宙年齡還要高出數(shù)十萬倍。這再次說明了,短短幾十億年,真空中的極其微小的摩擦力對地球的損耗是可以忽略不計的,這種摩擦力對地球的影響甚至遠沒有逃逸到太空中的大氣帶走的能量多,更不要說地球經(jīng)常會受到天外來客,比如說隕石彗星等撞擊,這些撞擊帶來的能量更大于太空微小摩擦力的影響。
這是不是意味著如今地球的自轉(zhuǎn)速度,與剛誕生時的自轉(zhuǎn)速度差不多呢?
并不是,實際上,地球的自轉(zhuǎn)速度與剛誕生之初相比,已經(jīng)慢了很多。地球在剛誕生時,一天的時間只有數(shù)小時,即便是5億年前的地球,一天也只有21個小時,而如今的一天已經(jīng)有24小時,這意味著地球的自轉(zhuǎn)速度慢了很多。
這是為什么呢?
因為讓地球自轉(zhuǎn)變慢的原因并不在浩瀚的太空,而是在月球,月球的影響是地球自轉(zhuǎn)速度不斷變慢的主要原因。
具體怎么回事呢?我們先從月球的誕生開始說起。
在大約46億年前,太陽誕生了,之后包括地球在內(nèi)的八大行星也相繼誕生。地球的誕生過程是相當狂暴了,充滿了各種瘋狂的撞擊,當時的太陽系也相當混亂,遠不像今天這樣有序。
原始地球形成后,仍舊不斷遭受各種小型天體的撞擊。某個偶然的機會,一顆叫做忒伊亞的行星,大約有如今火星的大小,猛烈撞向地球。雙方并不是正面相撞,忒伊亞行星是斜著撞向地球的,就像一把鋒利的刀,直接把地球削去一小部分,而正是這部分最終形成了月球。
如果是正面相撞,地球很可能因此變得四分五裂,最終形成多個像月球那樣大小的星球。
這就是科學(xué)家們提出的“撞擊說”,也是目前關(guān)于月球形成的主流學(xué)說。
而月球剛誕生時,距離地球遠沒有38萬公里,只有大約2.25萬公里而已,如此近的距離,意味著如果我們穿越到原始地球,看到的月球比現(xiàn)在要大得多。
由于距離地球更近,月球受到地球的引力也更大,是如今受到地球引力的大約290倍,而月球?qū)Φ厍虻某毕ψ饔靡哺鼜姡侨缃竦?000倍!
地球表面大部分都是液態(tài)水,而誰會被月球引力吸引,就會形成潮汐作用。由于地球一直在自轉(zhuǎn),月球?qū)Φ厍虻某毕ψ饔脮霈F(xiàn)“滯后”,結(jié)果就是地球月球之間的引力方向,與月球?qū)Φ厍虻某毕Ψ较虿⒉荒芡耆睾希瑑烧邥幸欢ǖ膴A角。
這就說明,地球自身的自轉(zhuǎn)與地球表面的海水自轉(zhuǎn)并不是同步的,也就意味著地球表面物質(zhì)的相對速度是不同的,這就會形成摩擦,造成地球自轉(zhuǎn)速度逐漸變慢。
這就是月球?qū)Φ厍虺毕Φ挠绊懀@種潮汐力不僅會讓地球自轉(zhuǎn)速度變慢,同時也會把月球一步步推得更遠,讓月球不斷遠離地球。
當然,月球的潮汐力雖然能讓地球自轉(zhuǎn)速度變慢,但并不會讓地球完全停下來。因為地球自轉(zhuǎn)速度遠大于月球的公轉(zhuǎn)速度,隨著地球自轉(zhuǎn)速度不斷降低,到了一定程度,月球距離地球已經(jīng)很遠了,此時地球的引力已經(jīng)不能吸引月球,意味著月球?qū)⒂肋h離開,我們將看不到月球了。
不過,我們絲毫不用擔(dān)心月球會永遠離開,因為月球離開的過程也是相當漫長的,需要至少百億年的時間。
除了月球之外,太陽對地球也會有潮汐力,那么太陽的潮汐力是否能鎖定地球,讓地球的自轉(zhuǎn)停下來呢?(注:鎖定地球其實并不意味著地球自轉(zhuǎn)真的停止了,其實地球還在自轉(zhuǎn),只不過自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步了,感覺上就像是停止自轉(zhuǎn)了,就像如今地球已經(jīng)鎖定了月球一樣,其實月球自身仍舊在自轉(zhuǎn)。)
理論上,如果時間足夠長,地球終有一天會被太陽鎖定,但鎖定過程顯然并不容易,因為地球的自轉(zhuǎn)速度很快,一年就要轉(zhuǎn)365圈,想要與公轉(zhuǎn)保持同步,需要很漫長的時間才行。
在太陽潮汐力的作用下,同樣會讓地球自轉(zhuǎn)變慢,會讓地球內(nèi)部產(chǎn)生摩擦,動能轉(zhuǎn)換為熱能,通過熱輻射釋放到太空中。
那么,想要把地球鎖定,到底需要多長時間呢?大約需要至少500億年的時間,太陽才能把地球鎖定,就像如今地球鎖定月球那樣。
這也意味著,那一天大概率不會到來了,因為太陽的壽命不過100億年左右。如今太陽已經(jīng)50億歲了,意味著再過50億年太陽就會膨脹為紅巨星,然后演化為白矮星,屆時距離太陽更近的水星和金星會被膨脹的紅巨星吞噬,即便地球足夠幸運,沒有被紅巨星吞噬,大概也會把地球氣化了,地球也不復(fù)存在了。
總結(jié)
地球自轉(zhuǎn)數(shù)十億年沒有依靠任何外力,完全是慣性作用。地球剛誕生時就在轉(zhuǎn)動,這種轉(zhuǎn)動在慣性作用下一直維持到今天,在之后數(shù)十億年里,地球還會一直轉(zhuǎn)動下去。
不過月球和太陽對地球的潮汐力會讓地球的轉(zhuǎn)動速度不斷變慢,其中月球的潮汐力影響最大,月球?qū)Φ厍虻某毕κ翘柍毕Φ拇蠹s6倍。
雖然理論上地球終有一天會被太陽鎖定,停止自轉(zhuǎn)(自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步),但這一天不會到來,因為在那之前,太陽和地球都會走向死亡。
死亡之后的漫長歲月里,又會有星際云和塵埃形成新的“太陽”和“地球”,然后故事會再次上演,如此不斷循環(huán)下去,生生不息!
完!