地球公轉和自轉的動力由誰提供?為何八大行星都向著相同方向轉?

在上一篇文章的評論區，一位名叫阿杜12065的讀者提了一個問題：地球公轉和自轉的動力在哪裡？這個問題其實還挺有意思，因為我找了一下現在網上有的文章，基本沒有把它展開來細緻說清楚的，所以今天我就來解答一下這個問題，細說自轉和公轉的動力到底是從哪裡來的。

不科學的牛頓

這就要從力學的老祖——牛頓，說起了。我們都知道牛頓在物理學上的地位非常高，可能還有不少人聽說他晚年拋棄科學信了教，但基本上大家對他的一生都沒有一個概略性的認識。事實上牛頓從一開始就是一個虔誠的信徒，所以根本不存在什麼「科學的盡頭是神學」的關係，甚至他最偉大的貢獻——萬有引力也是在研究神秘主義時偶然獲得的。

年輕的牛頓

在牛頓生活的時代，科學和神學甚至是神秘主義並沒有明確的分界線，所謂神秘主義指的就是能夠使信徒獲得更高的精神或心靈之力的各種教義和宗教儀式，也就是各種巫術、魔法和鍊金術。這在整個中世紀可以說是基督教的光之影，雖然正統教會沒有宣傳，但是有關於這方面的研究和儀式在貴族和上流社會十分盛行（這些人藉此機會聚在一起搞文化交流活動，和文化交流談會挺像）。

神秘主義的發源，玫瑰十字會

英國皇家科學會就是因此而誕生的！沒錯，這個世界上最古老最知名的科學協會，令其創立者當初聚集在一起的不是科學而是神秘主義。牛頓作為第十三任會長，自然不僅僅是篤信不疑，更是將一生的精力都投入其中。

過度解讀竟成就偉業

他翻譯了一份來所說是古典時代的拉丁語神秘古籍，名為《翠玉錄》。其前三句為：

這是確鑿無瑕的真理，下方之物正如上方之物，上方之物正如下方之物，以成就主的神跡。因主的意念，萬物源起自主，故萬物迎合著主而誕生。

Emerald tablet《翠玉錄》

這兩句話和諸多「先賢的智慧」一樣，寫的模稜兩可不明覺厲，但實際意思就是一神教的絕對主神是天上地下的唯一主宰。但牛頓卻不這麼理解，他認為這句話可能暗示了一個不得了的真相：天上的運動和地上的運動是一樣的，它們本質上是同一種運動（所以說萬有引力和蘋果真的沒有什麼關係，這可不是一拍腦門就想到的）。

「萬有」引力之所以「萬有」，正是因為世間所有的物體都遵循，這在如今看來似乎是一個很正常的邏輯，但是在那個時代因為基督教的禁錮，人們普遍認為天空是上帝的居所，其運行規律和凡人所在的大地是完全不同的。

在統治歐洲千年的亞里斯多德的哲學思想中，他對於世界運行規律的總結是建立在粗糙的觀察和簡單的空想上的。他看到石頭落地快，羽毛落地慢就相當然地認為重的東西就會落地更快。他看到地面上運動的物體如果不持續施加力就會停下，於是得出結論力是物體運動的原因。

對兩千年前的老人別那麼苛刻

那麼天體的運行在當時是如何理解的呢？答案是規律，基督教認為上帝定義了天體的動物規律，它們不受力的影響，力是凡間才有的東西。天體的運動是完美的，是神性的，是上帝指引人類的方向，給人類看看造物是多麼美妙和神奇。所以當時的日心說替代地心說才會引發如此劇烈的壓迫，因為這等於把教會編的謊言當街吊打示眾。

地心說的天體都是大圈套小圈轉

第一個打破這一思想禁錮的是伽利略，他通過一個實驗告訴人們，物體的下落速度和輕重沒有關係，這就是震驚世界的比薩斜塔自由落體實驗。之後他又通過對單擺的仔細觀察，得出了慣性定律，即物體綜合受力為零時（比如重力和地面支持力會相互抵消）會保持當前的運動狀態。一個滾動的球之所以停下，不是因為它沒有持續的力支持，而是因為它一直在受到摩擦力的阻礙，也就是說力不是物體運動的原因，而是改變物體運動的原因。

伽利略手持一大一小兩個鐵球

這樣一來，我們是不是發現了天上和地面的相似之處了呢？通過製造光滑的面可以讓物體滾得越來越遠，如果存在一個完全光滑沒有摩擦力的平面，是不是物體就可以永遠滾下去了呢？這豈不就和天上的星辰沒有什麼區別了嘛？在這樣的暗示下，其實有一些人已經開始考慮上帝的居所是不是也沒有什麼特別的，但這畢竟是一件違反教會規定的事情，只能想想不能亂說。

但是牛頓就比較厲害了，他在翻譯了《翡翠板》後琢磨琢磨，覺得這份文獻暗藏的意義可太重要了（其實是牽強附會），這就是上帝在授意他找到天體運行和世界萬物的規律。

地球因慣性而旋轉

那麼天體如果不受摩擦力，那是什麼讓它們保持公轉而不會飛出去的呢？這一思考的成果就是萬有引力定律。這樣一來，牛頓就用繼承自伽利略並發揚的力學三定律和萬有引力將天上地下統一了，成為一代力學老祖。

老祖法相

那麼說了這麼長的故事，其實想強調的只有一個：地球的自轉和公轉是不需要動力的，因為它已經在旋轉了，所以就會一直保持旋轉，這是慣性帶來的規律。

關於旋轉最初的故事

那麼既然我說了要說明白，那當然不會就滿足於此。緊接著我們就要解決上面剛出現的一個問題——最初的旋轉是從哪裡來的？

這個問題不僅僅涉及到太陽和我們，可能要追溯到宇宙形成初期。我們就先從找規律開始吧。

獵戶座星雲

太陽系是如何形成的？在我們現在的太陽系裡，一說到太空讓人想到的一定是寒冷、黑暗、空無一物的光景。 但是並不是宇宙中所有的地方都是如此，天文學觀測到在很多遙遠的地方，存在著很多完全不一樣的環境，在那裡的宇宙空間是灼熱且充滿氣體的，有些氣體密集的區域甚至會有幾百度的高溫，那片區域就像是一個星球表面的大氣一樣豐富，我們稱其為星雲。

正孕育恆星的菸頭星雲

因為萬有引力，氣體會不斷向密度更大，引力更大的區域靠攏。而我們都聽說過能量守恆定律對吧，放的更高的球落下裡的速度也越大，這也就是說離引力中心遠的物質本身就自帶能量。雖然是氣體，但是它們同樣遵循物理規律，所以這些氣體一邊聚集一邊升溫。當最集中的區域達到相當高的溫度和壓力時，核聚變就會被啟動，嘭！的一聲，一枚恆星就誕生了！

氣體越聚越多，角動量開始化為旋轉

那為什麼要旋轉呢？為什麼不能就這樣安安靜靜地停在原地呢？因為……我們先來看幾有趣的知識吧：

太陽也在自轉，如果從北向南看，是逆時針方向。除了金星和海王星，太陽系的其他行星都是逆時針自轉的。屬於太陽系的八大行星、矮行星、小行星和彗星公轉方向也都是逆時針方向。

金星和海王星可能是經歷了意外的撞擊，一個反著轉（極慢）一個躺著轉。它們為什麼都是同一個方向？

因為形成太陽系乃至整個銀河的氣體分子平均自帶含有方向的旋轉趨勢，用物理學詞來說這叫角動量。所以在星雲時期完全不明顯的分子級角動量會在化為天體的過程中匯合併顯現出來。逐漸成形的氣團會因旋轉而變成一個盤形物，其中一些在外層的，速度足夠大的物質無法落入中心，成為了一個類似土星光環的東西，這就是原行星盤。

年輕恆星HL Tauri的原行星盤

原行星盤是行星們形成的地方，那也是恆星誕生之後發生的事了。形成方法和恆星類似，這些物質逐漸聚集，質量不太大的會形成巖石行星，就像我們的地球，質量太大的會把原行星盤的氣體全部吸收，成為巨型氣體行星，就像木星和土星一樣。原行星盤旋轉的方向就是行星們公轉的方向了，這很好理解，對吧。

一樣的道理，雖然原行星盤中散漫的分子形成了行星，但是蘊含在物質中的角動量也不會憑空消失，它們會依附在行星上，這就是行星自轉的來源。現在我們知道了，宇宙中幾乎所有天體都會旋轉都是因為幾乎所有的物質都自帶了「旋轉的屬性」。

為什麼物質會自帶旋轉的角動量呢？這些角動量來自宇宙大爆炸初始的攪動，就像用手划過水面會掀起很多小旋渦一樣，這些大爆炸引發的小旋渦成為宇宙中漫布的星系之源，所以漫天超過1000億個星系的旋轉方向都各不相同。

這一篇的內容就到這裡啦，你有沒有什麼從小到現在都一直很困惑的問題呢？可以把你的問題寫在下面的評論區，酋知魚或許就會在下一篇文章中為你解答呦！咱們下一篇再見！