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【宇宙科普】地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來?能量來自哪裡?

地球自從誕生以來就一直在自轉, 迄今為止地球已自轉了45億年, 為什麼至今仍未停下來呢?這似乎很好解釋, 根據牛頓第一定律, 在不受外力影響的情況下, 物體會保持勻速運動或靜止狀態, 而地球在宇宙空間中的自轉, 其遇到的阻力微乎其微, 因此地球就可以一直轉到現在也不會停下來。

那麼在最初的時候, 地球又為什麼會自轉呢?能量來自哪裡?這個問題就有點難了。

實際上, 在過去的很長一段時間裡, 科學家都沒有搞清楚這個問題, 對此牛頓還曾經這樣說過:「上帝踢了地球一腳, 於是地球就開始轉動」, 不過這種說法並沒有得到普遍的認同, 而隨著時間的推移, 人類的科技以及理論也在不斷進步, 在經過多年的研究之後, 科學家終於給出了答案, 我們來看看具體是怎麼回事。

太陽系的前身是一片巨大的星雲, 這片星雲主要是由氫和氦這兩種元素構成, 除此之外還存在著少量的來自上一代恒星的重元素。 大約46億年前, 這片星雲中的物質開始在引力的作用下向中心聚集, 發生了引力坍塌。

雖然星雲中的單個粒子的運動是雜亂無章的, 但它們都有一個共同的趨勢, 那就是一邊圍繞著星雲的質心旋轉,

一邊向質心靠近, 而因為它們的角動量不可能完全抵消, 所以星雲在整體上就有了一個在某個方向上的淨角動量, 換句話來講就是, 從整體上來看, 星雲開始旋轉起來。

隨著坍塌過程的持續, 星雲的體積也在不斷地縮小,

由於角動量守恆, 星雲旋轉的速度也就越來越快, 然後逐漸趨向於扁平, 為什麼會趨向於扁平呢?

我們可以簡單地理解為, 星雲中的物質只有在位於一個平面上的時候, 才可以避免彼此的碰撞和干擾, 從而穩定地旋轉, 而一個系統總是會自發地趨向於最穩定的狀態, 所以星雲就逐漸地變得扁平了。

大量的物質源源不斷地向星雲的中心聚集, 結果就是凝聚成了一個巨大的天體, 在自身重力的作用下, 其內部形成了高溫高壓的核心, 然後「點燃」了氫的核聚變反應, 從此在宇宙中大發光明。

就這樣, 太陽誕生了, 它釋放出的恒星風阻擋了星雲中的殘餘物質, 於是這些物質就開始圍繞著太陽公轉, 從而形成了一個盤狀結構, 我們將其稱為「原行星盤」。 原行星盤裡的物質不斷地碰撞和吸積, 它們像滾雪球一樣越來越大, 最終形成了太陽系中的八大行星, 我們的地球就是其中之一。

由於能量守恆, 宇宙中的能量是不會憑空消失的, 因此八大行星繼承了「原行星盤」中物質的速度向量, 具體表現為,構成星球的物質角速度和線速度的向量之和,就分別成為了星球整體上的自轉動量以及公轉動量。

所以太陽系中的八大行星在形成之後,都是以相同的方向進行公轉和自轉,此時如果從太陽北極俯瞰,八大行星都是沿著自轉軸做逆時針方向的自轉,同樣的道理,太陽也會自轉,並且自轉方向也與八大行星一致。

然而現在的八大行星,其自轉狀態存在著一定的差異,這是什麼原因呢?科學家推測,這應該是天體碰撞所造成的。從上圖我們可以看到,金星和天王星被撞得最慘,其中金星被撞得自轉方向完全反了,而天王星則是直接被撞「躺下」。

地球的自轉軸也是「歪」的,這就意味著地球也遭到過猛烈的撞擊。根據「大碰撞假說」,一顆火星大小的行星曾經與地球相撞,科學家認為,此次碰撞對地球的自轉產生了深遠的影響,除此之外,碰撞產生的「碎片」還在圍繞地球的軌道上吸積起來,最終形成了我們現在所看到的月球。

小結

通過以上的介紹,我們知道了太陽系的形成過程,據此我們可以得出,支持地球自轉的能量,其實是來自于形成太陽系的那片星雲的引力勢能。因為在宇宙空間中,地球自轉遇到的阻力微乎其微,所以一旦地球開始自轉就根本停不下來,這一轉就轉了45億年,而在可以預見的未來裡,地球的自轉也不會停止。

順便講一下,地球的自轉速度其實一直在變慢,而造成這種現象的主要原因就是月球和太陽的潮汐引力,按照這種趨勢,在數百億年之後,地球就會被潮汐鎖定。不過地球或許等不到這一天,因為太陽的「燃料」是有限的,根據科學家的計算,在50億年之後,太陽就會因為「燃料」耗盡而膨脹成一顆體積龐大的紅巨星,屆時的地球很可能會被太陽吞噬。

具體表現為,構成星球的物質角速度和線速度的向量之和,就分別成為了星球整體上的自轉動量以及公轉動量。

所以太陽系中的八大行星在形成之後,都是以相同的方向進行公轉和自轉,此時如果從太陽北極俯瞰,八大行星都是沿著自轉軸做逆時針方向的自轉,同樣的道理,太陽也會自轉,並且自轉方向也與八大行星一致。

然而現在的八大行星,其自轉狀態存在著一定的差異,這是什麼原因呢?科學家推測,這應該是天體碰撞所造成的。從上圖我們可以看到,金星和天王星被撞得最慘,其中金星被撞得自轉方向完全反了,而天王星則是直接被撞「躺下」。

地球的自轉軸也是「歪」的,這就意味著地球也遭到過猛烈的撞擊。根據「大碰撞假說」,一顆火星大小的行星曾經與地球相撞,科學家認為,此次碰撞對地球的自轉產生了深遠的影響,除此之外,碰撞產生的「碎片」還在圍繞地球的軌道上吸積起來,最終形成了我們現在所看到的月球。

小結

通過以上的介紹,我們知道了太陽系的形成過程,據此我們可以得出,支持地球自轉的能量,其實是來自于形成太陽系的那片星雲的引力勢能。因為在宇宙空間中,地球自轉遇到的阻力微乎其微,所以一旦地球開始自轉就根本停不下來,這一轉就轉了45億年,而在可以預見的未來裡,地球的自轉也不會停止。

順便講一下,地球的自轉速度其實一直在變慢,而造成這種現象的主要原因就是月球和太陽的潮汐引力,按照這種趨勢,在數百億年之後,地球就會被潮汐鎖定。不過地球或許等不到這一天,因為太陽的「燃料」是有限的,根據科學家的計算,在50億年之後,太陽就會因為「燃料」耗盡而膨脹成一顆體積龐大的紅巨星,屆時的地球很可能會被太陽吞噬。

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