地球的自轉是怎麼產生的,為什麼可以持續幾十億年?

2020-12-23 傑瑞科學

人類制定的時間體系中一天是24個小時,而地球自轉一周的時間是時23小時56分,地球自轉是繞自轉軸自西向東的轉動,如果你生活在地球的赤道上,那麼你跟隨地球一起自轉的速度是465米/秒。

地球自轉的力是從何而來,地球的自轉的速度是勻速還是在不斷變化?

在長時間的觀察中,科學家發現地球自轉的速度並不均勻,從長期來看地球的自轉速度呈現以下三種趨勢:

  • 長期變慢
  • 周期性變化
  • 周期性變化不規則

從地球形成開始,自轉的速度在一直變慢,在最近兩千年的時間中差不多減緩了2個多小時,3.7億年前的泥盆紀,地球圍繞太陽公轉一周的過程中,會自轉大約400圈,也就是說3.7億年前,每天的時間要比現在短暫,經歷一年需要400天的時間。

偶爾地球的自轉速度還會加快一些,春天變慢的機率高,秋天變快的機率高,科學家認為這可能和地球上的季風有關,每年地球上的季風會不斷地從陸地轉移到海洋,再從海洋回到陸地,不斷重複這個過程。

空氣也有質量,每年參與季風的空氣品質大約是300萬億噸,如此大量的空氣從地球的一邊轉移到另外一邊肯定會對地球的自轉速度產生影響,還有冰川的融化和大陸板塊的運動,都可能是地球自轉速度周期性不規律變化的原因。

大部分星球的自轉方向和公轉方向是保持一致的,由此可見,自轉的產生受到了引力影響,曾經科學家假想出一種被稱為「以太」的物質,這種假想物質被認為範圍無窮大,在宇宙中無處不在,地球和太陽都在以太的影響範圍內,地球受到了以太和太陽引力的雙重影響,所以才會自轉。

這種傳統的觀點隨著天文學的發展越來越站不住腳,因為以太這種假想物質已經被物理學拋棄,取而代之的是暗物質和暗能量,但是沒有研究證明地球的自轉受到了暗物質的影響,目前最主流的觀點是因為太陽系的「角動量守恆」導致了地球的自轉,,地球自轉的速度在不斷變慢的原因是多種因素的結合。

大約五十億年前,太陽和地球都沒有誕生,太陽系還是一團星雲物質,由大量的宇宙塵埃和氣體組成,最多的元素是氫元素,自從太陽系星雲誕生,太陽系星雲就在自轉,在引力的影響下,一些物質密集的區域會不斷的吸引其他物質,最終形成原始的太陽,在這個過程中可能有一個恆星死亡釋放的超新星爆發恰好擊中了太陽系星雲加速了這個過程,太陽中少量的重元素就是很好的證據。

太陽系星雲的中心自然是最重的太陽,而在外圍的「塵層」中,也會有一些塵埃和氣體聚集在一起形成「星子」,地球就是從某個星子演化而來,在行星形成的過程中,會有多個星子不斷發生碰撞和融合,最終形成一顆行星。

因為「角動量守恆」,在太陽系的行星形成後仍然會不斷旋轉,也就是天體的自轉,但是這個解釋並不夠完美,根據角動量守恆,越大的天體自轉的速度應該越快,並且太陽系中全部行星的自轉方向都應該一致才對。

太陽系中大部分天體都是逆時針方向旋轉,但是也有行星和衛星是逆時針旋轉,並且太陽本身佔據了太陽系總質量的99%以上,可是太陽的轉動卻很慢,反倒是一些小行星轉動的速度很快。

目前關於太陽系的形成和地球的自轉都沒有一個完美的理論,各種的理論都存在一定的瑕疵和道理,筆者認為地球形成的過程中應該考慮多種因素,角動量守恆和引力肯定都對地球自轉的產生造成了一定的影響,甚至是在地球形成的過程中,大量的星子相互碰撞,也會對地球的自轉產生影響。

月球的對地球的潮汐摩擦也不可忽視,同時因為地球並不是完美的圓形,而是一個橢圓形的天體,隆起的一面會受到更多的太陽引力,就像是月球被地球潮汐鎖定一樣,地球也會在太陽引力的作用下被強迫運動,這些因素都會對地球的自轉產生影響。

「撞擊假說」認為在地球形成的初期,被一個和火星差不多行星「忒伊亞」發生了巨大的撞擊,兩個天體融化成了一個天體,碰撞中產生了大量的巖石碎片,這些碎片同樣在引力的影響下慢慢聚合在了一起,形成了現在的月球。

雖然引力看不見摸不著,但是引力無處不在,太陽系和地球的形成引力功不可沒,在前沿的物理學中對引力的研究也一直在不斷的推進,愛因斯坦提出引力的本質是時空的彎曲,在場論中對引力場的研究讓科學家發現了暗物質和暗能量的存在,宇宙中的天體的形成和星繫結構的穩定其實都是在引力的影響下完成的。

地球在太陽的引力場中,而太陽系在銀河系的引力場中,銀河系又在更大更複雜的超星團的引力場中,不斷的向著「巨引源」移動,但是因為宇宙空間本身在膨脹,銀河系永遠也無法抵達巨引源。

從這些角度考慮,地球自轉的形成其實有太多因素,最主要的原因還是因為「角動量守恆」和地球形成過程中遭遇的碰撞,還有地球內部氣候變化和地質活動也會產生一些影響,其他天體的引力也無形之中微微著改變地球的自轉和移動。

總體來看,地球的自轉在不斷減速,二億年後地球自轉一周大約需要30個小時,遙遠的未來地球自轉一周可能會需要240個小時,甚至是720小時,也就是地球上可能會出現類似於兩極的「極晝」和「極夜」現象。當然,人類在那個時候應該早已離開地球,甚至地球可能已經被太陽的引力給撕碎了。

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