「坐地日行八萬裡」,是因為地球在自轉!但地球為什麼能自轉呢?

2020-11-29 天文在線

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度過了幾年兒童時光後,我們轉而步入青少年時期。在經歷了奇蹟般而又短暫的青少年時代後,我們成年了。最終,我們到了開始被人們稱為老年人的年紀。在這些年裡,我們聽過成千上萬的事實和斷言。在這之中有些是被我們質疑過的,但是其中的大多數則永遠地烙印在了我們的腦海裡。

比如有這麼一件事就已經被大多數人認為是事實,那就是行星都會自轉。太陽系中的每個行星都會自轉,這是被所有人都接受的、眾多不可否認的宇宙事實之一。可是你有沒有質疑過這一「事實」呢?更具體地說,你有沒有好奇過為什麼行星會自轉?

動量

在深入研究天體世界之前,讓我們詳細地剖析一下這個簡單而又迷人的物理學概念吧。簡單說來,動量就是「運動著的質量」,或者說一個天體所具有的運動的「量」。假設有一個物體有質量,且正在移動,那麼我們就說它有動量,也就是說我們需要一些努力去使它停下運動。可能你在體育領域已經聽說過很多次「動量」這個詞;如果一支橄欖隊已經連續幾次都獲得了勝利,那麼他們就被說成是有一定的「正動量」,這就意味著他們的競爭對手需要付出相當多的努力才能打敗他們。

在科學領域,當一個物體(具有質量「m」)以一定的速度「v」運動,那麼它就具有一個動量,其大小可用「mv」(「m」和「v」的乘積)來表示。

角動量

與動量非常類似,角動量是當一個天體在做旋轉運動,或者做經過或不經過它本身的繞軸運動後聚集的「動量的量」。你身邊就有很多角動量的例子,比如當一個人傳球時扔出的旋轉傳球,再比如一顆子彈在離開槍口時會自轉,以及等等。是的,參照本篇文章的標題,行星也是因為有著角動量而旋轉的。

圖解:投球-在剛扔出球時會給它一個自旋

角動量的保護機制

從技術角度上說,角動量的保護原則說明,「如果一個系統上沒有淨外扭矩的作用,那麼這個系統的總角動量會維持不變。」

假設在沒有外力作用下,有兩個物體相互作用(比如兩個橡膠球相互碰撞),那麼這個兩個物體組成的系統的總角動量保持不變。這就意味著在它們相互作用之後的角動量淨損失為零。

滑冰運動員

有一個闡述角動量守恆最好的例子,那就是滑冰運動員的自旋運動。你可曾好奇過,他們是怎麼看起來毫不費力地改變他們的旋轉速度的嗎?他們伸展雙臂和雙腿,以減慢他們的旋轉速度,但當他們將四肢收向身體(以身體其餘部分構成的線為軸,繞此軸做旋轉運動),由此他們就能快速旋轉。這原理直接適用於行星的旋轉。

圖解:圖片中哪裡體現了行星運動符合這一規律呢?

當星和行星形成之初時,它是符合的。它們的形成,是由於氣體和塵埃所形成的大量的雲的坍塌。由於星系的總引力,雲本身和雲中的物質都是在運動的。因此當我們從雲的中心看時,它似乎是在做著旋轉運動的。

然而,當一朵雲坍塌了,它的所有組成成分也會獨立地各自分解成許多小塊(當我們說著「小塊」,是以數百英裡為單位來考慮的;拜託,我們正在討論宇宙哎!)每個碎片都含有母雲的一部分角動量。最後這些旋轉著的雲自發變扁,成為許多原行星盤(原行星盤就是圍繞著一顆被自轉壓扁的、正在形成的恆星周圍的氣雲)。行星和恆星就是從這些圓盤中誕生的。

儘管機制仍然不十分明確,吸積盤的粒子(一個由於萬有引力影響而圍繞在巨大天體周圍的積聚層組成的旋轉盤),每個都有它們自己的角動量,結合在一起之後,一個行星就形成了!

這就是我們所知道的,宇宙中每個行星都會自轉的原因。值得注意的是,除了金星和天王星,我們太陽系的所有行星都是自西向東自轉的。你應該為自己感到驕傲!現在你知道了行星中最常見,也最有趣的行為-它們的共同特徵,自轉!

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Ashish-sciabc

NASA

Ask an Astonomer

Scientific American

Rotation of Planets – San Jose State University

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