地球已經轉動了45億年,它的動力來源是什麼?

2020-12-19 火星科普

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根據一系列的證據,地球的誕生時間可以追溯到45.4億年前。數十億年來,地球不斷圍繞著自轉軸自轉,同時還環繞太陽公轉。那麼,地球持續轉動的動力來自於哪裡?地球是永動機嗎?

隨著熱力學第一和第二定律的相繼確立,第一類和第二類永動機早就在科學上被否定掉,永動機不可能被製造出來,而且自然界中也沒有永動機,所以地球肯定也不是永動機。那麼,地球如何持續保持轉動呢?

關於地球轉動的動力來源,需要追溯到地球乃至太陽系的起源。早在46億年之前,太陽系還未形成時,沒有八大行星,也沒有太陽,只有一團主要由氫和氦組成的星雲。

在外界的幹擾下,太陽星雲的中心發生了引力坍縮,氣體和塵埃不斷落入中心。雖然星雲看似雜亂無章,但組成粒子之間的互相碰撞不可能會恰好抵消掉,必然會在某個方向上產生淨角動量,所以太陽星雲會逐漸在那個方向上旋轉起來。

隨著太陽星雲中心不斷吸收物質,星雲將會越轉越快,這是因為角動量不會無端損失掉,始終是守恆的。由於角動量(L)是位置矢量(r)與動量(P)的叉積(L=r×P),轉動半徑變小,必然會導致轉速變得越來越快。在生活中也有類似的現象,當滑冰運動員在原地旋轉收起手臂時,自身的旋轉速度會變得越來越快。

星雲不但越轉越快,而且還會變得越來越扁。這是因為旋轉赤道面附近的星雲轉速最快,可以對抗引力作用,它們不容易落入中心。而在赤道面上下的星雲轉得較慢,它們將會逐漸落入赤道面和中心,使得太陽星雲越來越扁平。

最終,大部分星雲都被捲入中心,由此形成太陽。太陽的核心區域可以進行氫核聚變,源源不斷產生能量,這會向外釋放出強大的太陽風,阻止氣體和塵埃落入其中。殘餘的星雲環繞太陽運動,形成原行星盤,半徑約為100天文單位。

在引力和電磁力的作用下,原行星盤中的氣體和塵埃顆粒不斷聚集起來形成大量的微行星,直徑為數公裡。微行星繼承了星雲的角動量,它們會繼續環繞太陽運動。微行星之間又會不斷發生碰撞,從而變得越來越大,直至最終形成了包括地球在內的行星。

地球形成之後,就有自轉和公轉。因為微行星的碰撞不可能剛好完全抵消自轉角動量,使地球沒有自轉。而公轉角動量更大,更是無法完全抵消掉。由於太空近乎真空,地球的自轉和公轉幾乎不受阻力影響,使得地球的自轉和公轉角動量幾乎不會因此而損失,所以地球可以一直自轉和公轉長達45億年,未來還會繼續轉動下去。

不過,地球不是什麼永動機,因為地球並沒有對外做功。地球只是遵循了角動量守恆,這是主宰宇宙的物理學定律。

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  • 是什麼讓地球每天都在繞軸轉動?
    為了解答這個頑皮的問題,我們需要把目光投向45億年前地球剛剛形成的時候。我們有一個疑問:地球為什麼會開始轉動?我們的太陽系起源於宇宙中的氣體雲,它被稱作星雲。由於引力的作用,無數氣體、塵埃聚在一起,因此形成星雲。氣體和塵埃圍繞它們的中心點做圓周運動。這些物質聚集在一起,這就是太陽和行星的出生地。
  • 地球自轉了45億年的時間,那麼地球自轉的動能來自於哪裡?
    我們地球有45.5億年的歷史,目前每23小時56分4秒自轉一圈,在赤道處的自轉線速度高達460米每秒;根據轉動動能公式進行估算,地球自轉的動能高達2*10^29焦耳,相當於2500萬億顆廣島原子彈釋放的能量。如此高的能量,那麼地球的自轉動能來自於哪裡呢?
  • 地球為什麼一直可以轉?誰提供給它的動力?
    我們都知道,地球除了公轉還有自轉,那麼地球轉動的初始能量是從哪裡來的呢?地球受到引力的牽引會繞著太陽旋轉,但是除此之外,地球還會繞著地軸自西向東不停地旋轉。那麼地球為什麼要繞著自己的地軸旋轉,又為什麼要繞著太陽旋轉呢?
  • 地球誕生至今已經45.5億年,人類真的是第一代文明嗎?
    但地球存在45.5億年,期間還不知道發生過什麼重大事件,這樣比較起來,人類的文明好像壓根不值得一提。那麼,地球在人類文明前還有其它文明存在嗎?下面,就讓我們一起看看人類文明到底排第幾?我們知道,即使人類將因為地球運動的原因在某天突然全部都消失,但人類的化石並不會因此而消失。
  • 地球轉動為什麼令人感到困惑呢,科學家認為地球可能是「永動機」
    繁星閃閃的夜晚,細數點點星辰,你會驚異於它的精妙絕倫嗎?我們所賴以生存的這個五彩繽紛的地球,就是這燦爛星河中的一顆。科學家早已告訴我們,地球在一個橢圓形軌道上圍繞太陽公轉,同時又繞地軸自轉。 正是由於不停的公轉和自轉 ,地球上才有了季節變化和晝夜交替。
  • 45億年前,從地球看升起的月亮是什麼樣的?
    幾千年來,月球被不同文化追捧,它始終啟迪著我們。抬頭看著灰色的隕石坑,聽我講述傳奇月亮的故事。 45億年前,從地球看升起的月亮是什麼樣的?我們應該先了解一下月球的形成,及其如何幫助地球上的生命存在數十億年。假設45億年前,火星大小的星球泰亞與年輕的地球相撞。
  • 沒有人見證過地球何時誕生,專家憑什麼說地球年齡是45億年?
    而現如今,科學家們通過一系列的計算發現,地球誕生於45.5億年前,宇宙誕生於138億年前,那麼問題來了:為什麼沒有一個人從地球誕生一直活到現在,科學家就敢斷定地球已經有45.5億年的歷史。但有一個問題是,太陽中的物質溫度異常地高,當這些物質降落到地球表面時,需要非常長的冷卻時間。布封通過計算像地球這麼大的熔融物質,想要冷卻到現有溫度需要多久,根據計算結果顯示,地球至少有75000年的歷史。儘管這一數字和現如今科學家們計算的數據不符,但已經是從科學角度思考問題,並通過實驗來論證答案的先驅。
  • 為什麼地球可以無限轉動,而人類卻造不出永動機?
    很多人都製造過永動機,比如13世紀的時候一個法國人提出要做一個轉動軸在中間的輪子,在輪子上安裝小鐵球,用小鐵球的運動轉動整個機器的裝置,著名藝術家和科學家達文西也做了一個這樣的裝置,最後卻都以失敗告終,後來也有很多人試圖以各種各樣的方法造出永動機,卻都沒有實現過,因為這本身是不可能實現的,違反能量守恆定律,即能量並不能憑空產生,所有它是不可能被造出來的。
  • 地球自轉的動力來源來自哪裡?為什麼可以一直轉?
    地球形成於46億年之前,自從形成到現在,它就沒有停止自轉過,不過自轉的速度倒不是一直這樣,很久之前地球上的一天比現在要短。實際上宇宙中的天體,基本上都會有自轉,地球和太陽都有自轉,地球自轉是不需要力來推動的,因為太空中是真空,所以地球的自轉可以一直維持下去。但是實際上地球的自轉速度是越來越慢的,這是因為月球的影響。
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  • 如何證明地球在轉動?把石頭吊在空中,會出現什麼情況?
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    它只有拳頭大小,672克。別看它個頭小,年紀卻已有45億歲了。它的名字叫「L5型普通球粒隕石」。今年兒童節那天剛從外太空來到地球,像是外太空給地球上的孩子們送的特別禮物。當時這顆隕石在雲南省西雙版納州墜落時曾引起很大轟動,最後經過專家鑑定,確定它是一顆火流星隕石。
  • 地球為什麼會自轉和公轉?
    月亮繞著地球轉,地球繞著的太陽轉,這屬於公轉;而月亮、地球、太陽等星球,其自身都在繞著一個假想的軸旋轉,這屬於自轉。那麼天體為什麼會旋轉呢?地球誕生至今已有45億年的歷史,就讓我們通過地球的旋轉來揭秘這背後的原理。●什麼是旋轉?
  • 如果地球突然停止轉動,那麼會出現什麼樣的情況?
    地球在太陽系內的運動這裡我們不考慮太陽系在銀河系、以及銀河系向巨引源兩方面的運動情況,僅考慮地球在太陽系內的轉動情況,這樣會更加直接,不會影響最終的分析結果。在太陽系內,地球的轉動主要分為兩種情況,一個是自轉,另一個是公轉。
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    生活在富饒而又寬廣的地球,許多人便自然而然地將地球看作宇宙內最優秀的星球,甚至還有不少人將地球看作宇宙的中心,把人類視作宇宙的主宰者,認為宇宙內的一切事物都受到人類的調配,都在圍繞著地球旋轉。隨著時間的推移及科技的發展,數年後,哥白尼提出了轟動世界的「日心說」。他認為地球並不是宇宙的中心,太陽才是。
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