地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來?能量來自哪里?

地球自從誕生以來就一直在自轉,迄今為止地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來呢?這似乎很好解釋,根據牛頓第一定律,在不受外力影響的情況下,物體會保持勻速運動或靜止狀態,而地球在宇宙空間中的自轉,其遇到的阻力微乎其微,因此地球就可以一直轉到現在也不會停下來。

地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來?能量來自哪里?

那麼在最初的時候,地球又為什麼會自轉呢?能量來自哪里?這個問題就有點難了。

實際上,在過去的很長一段時間里,科學家都沒有搞清楚這個問題,對此牛頓還曾經這樣說過:「上帝踢了地球一腳,於是地球就開始轉動」,不過這種說法並沒有得到普遍的認同,而隨著時間的推移,人類的科技以及理論也在不斷進步,在經過多年的研究之後,科學家終於給出了答案,我們來看看具體是怎麼回事。

地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來?能量來自哪里?

太陽系的前身是一片巨大的星雲,這片星雲主要是由氫和氦這兩種元素構成,除此之外還存在著少量的來自上一代恆星的重元素。大約46億年前,這片星雲中的物質開始在引力的作用下向中心聚集,發生了引力坍塌。

雖然星雲中的單個粒子的運動是雜亂無章的,但它們都有一個共同的趨勢,那就是一邊圍繞著星雲的質心旋轉,一邊向質心靠近,而因為它們的角動量不可能完全抵消,所以星雲在整體上就有了一個在某個方向上的凈角動量,換句話來講就是,從整體上來看,星雲開始旋轉起來。

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隨著坍塌過程的持續,星雲的體積也在不斷地縮小,由於角動量守恆,星雲旋轉的速度也就越來越快,然後逐漸趨向於扁平,為什麼會趨向於扁平呢?

我們可以簡單地理解為,星雲中的物質只有在位於一個平面上的時候,才可以避免彼此的碰撞和干擾,從而穩定地旋轉,而一個系統總是會自發地趨向於最穩定的狀態,所以星雲就逐漸地變得扁平了。

大量的物質源源不斷地向星雲的中心聚集,結果就是凝聚成了一個巨大的天體,在自身重力的作用下,其內部形成了高溫高壓的核心,然後「點燃」了氫的核聚變反應,從此在宇宙中大發光明。

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就這樣,太陽誕生了,它釋放出的恆星風阻擋了星雲中的殘餘物質,於是這些物質就開始圍繞著太陽公轉,從而形成了一個盤狀結構,我們將其稱為「原行星盤」。原行星盤里的物質不斷地碰撞和吸積,它們像滾雪球一樣越來越大,最終形成了太陽系中的八大行星,我們的地球就是其中之一。

由於能量守恆,宇宙中的能量是不會憑空消失的,因此八大行星繼承了「原行星盤」中物質的速度矢量,具體表現為,構成星球的物質角速度和線速度的矢量之和,就分別成為了星球整體上的自轉動量以及公轉動量。

所以太陽系中的八大行星在形成之後,都是以相同的方向進行公轉和自轉,此時如果從太陽北極俯瞰,八大行星都是沿著自轉軸做逆時針方向的自轉,同樣的道理,太陽也會自轉,並且自轉方向也與八大行星一致。

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然而現在的八大行星,其自轉狀態存在著一定的差異,這是什麼原因呢?科學家推測,這應該是天體碰撞所造成的。從上圖我們可以看到,金星和天王星被撞得最慘,其中金星被撞得自轉方向完全反了,而天王星則是直接被撞「躺下」。

地球的自轉軸也是「歪」的,這就意味著地球也遭到過猛烈的撞擊。根據「大碰撞假說」,一顆火星大小的行星曾經與地球相撞,科學家認為,此次碰撞對地球的自轉產生了深遠的影響,除此之外,碰撞產生的「碎片」還在圍繞地球的軌道上吸積起來,最終形成了我們現在所看到的月球。

小結

地球已自轉了45億年,為什麼至今仍未停下來?能量來自哪里?

通過以上的介紹,我們知道了太陽系的形成過程,據此我們可以得出,支持地球自轉的能量,其實是來自於形成太陽系的那片星雲的引力勢能。因為在宇宙空間中,地球自轉遇到的阻力微乎其微,所以一旦地球開始自轉就根本停不下來,這一轉就轉了45億年,而在可以預見的未來里,地球的自轉也不會停止。

順便講一下,地球的自轉速度其實一直在變慢,而造成這種現象的主要原因就是月球和太陽的潮汐引力,按照這種趨勢,在數百億年之後,地球就會被潮汐鎖定。不過地球或許等不到這一天,因為太陽的「燃料」是有限的,根據科學家的計算,在50億年之後,太陽就會因為「燃料」耗盡而膨脹成一顆體積龐大的紅巨星,屆時的地球很可能會被太陽吞噬。


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