你知道嗎?地球的質量高達60萬億億噸!
就是這么一個龐然大物,在太空中非但沒有“掉”下去,反而還在不斷自轉,其中到底有什么奧秘?難道地球是一個永動機?
地球自轉的能量從哪里來?地球會一直自轉下去嗎?
永動機的概念早在公元前1200年就已經被提出,到了13世紀,法國人亨內考嘗試制造出了一臺圓盤永動機,在給完初始能量后,圓盤就會沿著初始力的方向轉動下去,一直到永恒。
但這個圓盤在幾周后就停止了轉動,后來各國工程師在永動機上折騰了好幾百年,直到熱力學定律誕生后,大家這才意識到,永動機根本不可能實現,那地球為什么可以自轉46億年,并且還能源源不斷持續自轉下去呢?這一切還得從宇宙起源說起。
約138.2億年前,一個奇點突然爆炸,接著宇宙中遍布氫元素和氦元素,在萬有引力的作用下,氫和氦相互匯聚,當物質越聚越多,在溫度和壓力達到一定條件后,內部就會發生聚變反應,接著會出現更重的元素,重復以上步驟,直到鐵元素的生成。
鐵元素不斷增加后,核心區域開始坍縮,超過臨界點后轟然爆發,各種物質隨著巨大的爆發作用力“沖”向更廣袤的宇宙。
此時的太陽系一片混沌,大量星云碎片不斷亂飛,99.86%質量的物質匯聚成了太陽,其余0.14%形成了地球、金星等星體和物質。
地球在形成過程中,不斷遭受大小不一的星體撞擊,這些星體都存在速度,當這些速度不斷累積到一定程度,就會帶動星體旋轉,就跟咱們小時候玩的陀螺一樣,鞭子只要不斷抽打,陀螺就會一直旋轉下去。
地球誕生約46億年,如今依舊在自轉,那么地球是否還會永恒自轉下去?
從科學角度出發,地球將于未來某一天停止轉動,地球初期一天只有幾小時,到了寒武紀時期,一天約21小時,到現代2022年,一天約24小時,這些現象都在說明,地球的自轉速度在變慢,我們之所以覺得地球自轉速度沒有變慢,是因為人類存在的時間太短暫了,滿打滿算可能也就幾千年,單獨來算,人的一生也才70~90年,所以我們誤認為地球自轉速度沒有發生變化。
地球自轉速度為什么會變慢?
在國外節目《流言終結者》中,普通步槍在空氣中的有效射程為300~500米,但在水下只有90厘米,差距之所以這么大的原因就在于阻力,空氣的密度為1.29kg/m3,水的密度為1000kg/m3,所以子彈在水中所受到的阻力遠超在空氣中。
同理,很多人覺得,宇宙就是100%真空狀態,其實并非如此,只是太空中的物質極其稀少,如果光考慮真空阻力,地球自轉停下來所需要的時間為3000萬億年,到時候宇宙還不知道是否存在。
但根據科學家推測,地球在1000億年后就會停止自轉,其中得考慮到月球的潮汐作用力。
月球的潮汐作用使得月球會變相“鎖住”地球的水,導致地球水的運動方向和地球自轉的運動方向是相反的,再加上太陽的引力,多方結合之下,地球將在1000億年后停止自轉。
但太陽的壽命只有100億年,扣去之前的46億年,太陽即便在54億年變成紅巨星,不出意外,地球將會被太陽吞沒,所以地球是撐不到自行停止轉動的時候了。
簡而言之,地球自轉的速度來源于初期外太空轟擊地球的物質,后受到摩擦、太陽引力、月球潮汐作用力等多方面因素而逐漸降低。
重達60萬億億噸的地球,為什么能“漂浮”在空中,而不是“掉落”下去?
我們朝天上扔一個雞蛋,沒過幾秒,雞蛋就會向下跌落到地面,從小學課本中我們得知,物體向下墜落,是因為受到了地球引力的影響。
但人類是否能突破地球引力呢?
答案肯定是可以的,最典型的是牛頓大炮實驗,假設我們垂直地表向天空扔一顆小球,那么這顆球體就會受到地心引力的作用,它的速度會不斷衰減,降到0之后就會在地心引力作用下朝地表墜落。
假設我們朝天空發射一枚炮彈,如果要擺脫地心引力的影響,就要讓炮彈的速度達到一個“暫時逃逸地球引力”的標準,所以后來研究發現,只要物體的速度達到第一宇宙速度,也就是7.9km/s時,炮彈就能脫離地球。
同時又因為地球是個球形天體,本身存在曲率,炮彈在向地球運動時,又會獲得一個垂直于引力方向的切向速度,炮彈就會繞著地球不斷旋轉。
如果炮彈的速度達到了第二宇宙速度11.2km/s,它就能直接逃離地球引力的控制。
再把視角切回到地球上來,我們知道地球很大,但在太陽系,地球小的可憐,因為太陽的質量占據了整個太陽系的99.86%,它的質量高達2千億億億噸,是地球質量的33萬倍,所以地球會受到太陽引力的影響,或者說是“控制”。
按照道理來講,如此恐怖質量的太陽,它的引力足以把地球給“吸”過去,然后“吞噬”,但地球卻一直繞著太陽做公轉運動,既沒有靠近也沒有疏遠,似乎達到了某種平衡,因為地球在繞著太陽做公轉運動時,本身存在很大的速度,地球在受到太陽引力的同時,還會有一個垂直于引力方向的切向速度,兩種力量達到了平衡狀態。
在太空中是沒有上下左右概念的,地球也并非固定漂浮在太空中,它在太陽引力的作用下會進行公轉,所以要說地球為什么沒有“墜落”,我認為是地球受太陽引力的影響,如果沒有太陽,地球也會沿著速度的方向,在宇宙中飄蕩,關鍵看速度,又因為地球質量很小,就算沒有太陽,地球也很容易被其他大質量天體捕獲,我們人類感覺不到地球的變化,歸根結底是太渺小了。
當然也有一種較為簡單直觀的解釋,在愛因斯坦相對論中,他將時間和空間統稱為時空,他認為引力不存在的,出現引力現象的本質是大質量物體壓彎了時空。
因為地球質量高達60萬億億噸,所以地球將時空給向下壓彎了,而月球則沿著彎曲時空的邊緣在做運動,簡稱“測地線”。
同理,地球繞著太陽在做運動,是因為太陽把時空給壓彎了,地球則沿著測地線在做運動,總的來說,宇宙沒有上下左右,天體的運動自然也談不上“墜落”或“上升”,一切跟質量和速度有關。
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