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地球为什么要自转,是什么力量使地球转了46亿年?用科学来解释

03-12 技术交流

地球为什么要自转,是什么力量使地球转了46亿年?用科学来解释

地球会自转,这是我们在初中的时候学过地理课就知道的事情,这是所有人公认的真理。


有了地球的自转,黑夜和白天才能有区别,有了自转轴与公转轨道之间的夹角,一年四季才能有不同的变化。






然而我们亲爱的地球母亲自转却并没有那么的稳定,她也会转地忽快忽慢,并且她旋转的地轴也不是雷打不动,也会绕圈圈、各种摆动,导致岁差、北极点漂移等古怪现象。


我们不禁有了疑问:


地球为什么要自转?


地球为什么转个不停?


地轴为什么是歪的,并且还一直在变?


下面我们带着这些问题来一一寻找答案。


地球为什么要自转?

地球被上帝踢了一脚,所以转个不停。


显然这种说法是我们信仰科学的人不能相信的,这个问题在太近的时间尺度上也不是轻易能解决的。


因此,想要弄懂这个问题,我们需要回到亿万年前的宇宙,来探索那些地理老师没告诉我们的事。


为了解决我们的问题,我们引入角动量的概念:


角动量是描述物体转动的一个物理量,物体质量越大,转动速度越快,转动半径越大,角动量就越大。






角动量与能量相似,在没有外界干预的情况下,角动量也是守恒的,只能在物体之间交换,既不能凭空产生,也不能凭空消失。




有了角动量的概念,我们就有了一个分析旋转物体的利器。然后我们回到46亿年前的太阳系:


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太阳系此时即将诞生,我们的太阳系此时还是一颗正在急速缩小的超新星,它即将要爆炸了。


一场剧烈的超新星爆炸,我们的太阳系诞生了,新生的太阳系宛如炉子上烧开的一锅热粥,大大小小的天梯四处乱窜,就像一颗一颗高速旋转的陀螺,不断地碰撞,摩擦,交换着彼此在此次爆炸中获得的角动量。




在漫长的太阳系形成过程中,太阳、地球、太阳系的其它行星,还有小行星等所有天体,各自在这场角动量分配战争中得到了一部分属于自己的角动量,恒星和行星开始稳定的公转和自转,太阳系才逐渐成为现在稳定的样子。




地球为什么在46亿年一直转个不停?

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有了我们上一部分对于地球自转形成的分析,这个问题也随之迎刃而解:


因为地球在太阳系形成的时候分到的角动量并没有用完。


地轴为什么是歪的?





关于地轴倾斜的产生原因说法很多。科学家也难形成统一意见。其中“陨星撞击说”较为流行。


地球早期只是一颗小行星,靠引力不断俘获外来天体壮大自己,而外来天体都是在相对地球高速运动的,所以俘获的过程就是剧烈碰撞。


最大的一次撞击发生在45亿年前,一颗很大的小行星从侧面撞击了地球,使地球更加快速地旋转起来,撞出去的物质与小行星形成了月亮,撞击留下的大坑则形成了海洋。


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如果没有月球,地球就会摇摆不定,甚至颠倒。月球的引力是地球自转轴最好的稳定器,它使地轴指向北极星附近,并使地轴与公转平面保持66度34分。使地球一年有了四季。初始时地球自转很快,一天只有5小时,是潮汐摩擦的减速作用成了一天24小时。所以,是惯性使它继续旋转,万有引力引起的潮汐摩擦使它慢慢减速,并且以后会继续减速。


引力潮汐




地轴围绕旋转的地轴为什么一直在变化?

原因与冰河期后的反弹现象有关。在冰河期,地表被厚重的冰层压住,等到冰河期一过,冰原融化了,压力解除了,大地就像弹簧床缓缓回弹,使地表某些地区“长胖”了。




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地球的形状改变了,质量重新分配,自转轴也会跟着微调,真正的北极点(自转轴穿出北方地面之处) 也就换位置了。这还是角动量守恒的结果!你可以把同一块橡皮泥捏成各种形状,试着转转看,就会发现转动轴真的会改变。


地球自转还有什么其他值得研究的吗?

作为我们赖以生存的星球,我们对于地球或许无关紧要,但是地球对我们来说是我们目前唯一的家园,我们需要去更加了解她,从而保护她。


地球自转能够用来探索地球内部。目前我们的科技无法像科幻电影《地心历险记》那样潜入地心历险,我们只能通过地表测得的数据来进行反演,包括地震波、重力场、地球自转变化、磁场的变化量。


地心历险记剧照




有科学家表示,地球自转的快慢变化存在一个6年上下的小周期震荡,因此推断地球的内核和外核不是完美的圆形,中间又隔着液体层,所以内核在液体内可能会晃动,造成钟摆般的简谐运动。


当地球内核晃动,外面地壳因为角动量守恒就会跟着改变转速,造成地球自转周期性的改变。


只有富有想象力,地球自转的研究方向是非常丰富的。


目前我们人类的科技发展蒸蒸日上,相信有一天我们会对地球了解的更深,并有能力保护我们赖以生存的星球。


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