我们所在的太阳系之中有恒星、行星、卫星等诸多天体,而这些天体的一个共同点就是都在自转。
地球的自转是我们能够亲身感受得到的,正是因为有了自转,地球才有了昼夜的更迭。地球并不是太阳系中唯一在转动的天体,其它的行星、卫星,乃至太阳都在自转。太阳作为一颗恒星,从外表看起来就是一个熊熊燃烧的大火球,从任何一个方向上来看都是差不多的,这使我们忽略了它其实也是一颗拥有自转的天体。那么为什么所有的天体都在自转呢?这还要从太阳系的形成说起。
在宇宙诞生之初,物质的分布并不均匀,有些地方物质稀疏,有些地方物质密集,而太阳系所在的位置就是一片物质相对密集的区域。
当然,这个时候太阳系还并不存在,有的只是一片星云物质。任何拥有质量的物体之间都具有相互的引力作用,在这股力量的作用之下,物质开始逐渐聚集。从各个方向聚拢而来的物质同时受到多个方向的引力作用,所以它们的运动轨迹并不是一条简单的直线,而是具有缓慢的旋转趋势。
在物质凝聚的过程中,星云的体积逐渐缩小,转动的速度却越来越快。
为什么会这样呢?因为角动量守恒。做旋转运动的物体拥有一个角动量,这个角动量与三个因素有关,即物体的质量、物体与转轴的距离以及角速度。随着物质的凝聚,星云的体积变小了,所以物质与转轴之间的距离就缩小了,但由于角动量是守恒的,距离的缩小就意味着质量或速度必须要相应增加,质量是不可能增加的,因此只能提升角速度了,所以这片星云自然就越转越快。
随着太阳的最终形成,物质与转轴的距离大幅缩小,角速度也就获得了相应的提升,如此,一颗高速自转的恒星就诞生了。
一开始物质在引力作用下所产生的旋转速度是十分缓慢的,但因角动量守恒的存在,最终在星体形成时便获得了很高的转速,太阳是如此,太阳系中的其它天体也是如此,其中自然也包括我们的地球。如果你想要亲身体验一把角动量守恒也非常容易,只需要一把转椅和一个帮你转动转椅的朋友就可以了。
首先,你要坐在转椅上张开双臂,为了让实验效果更加明显,你可以两手各持一个重物,比如装满水的大饮料瓶。
此时让你的朋友帮你把椅子转起来,这时如果你把双臂收回来,就会发现转椅转动的速度陡然加快了,反之,如果突然把双臂伸出去,转速又会马上降下来。这就是角动量守恒,距离减小则速度加快,距离增加则速度减慢,相似的例子还有芭蕾舞演员,起初她们平伸双臂,旋转的速度较慢,但当她们把双臂伸向头顶,转速一下子就变快了,这也是角动量守恒。
既然知道了地球是如何转起来的,那么我们是否也能够改变地球自转的速度呢?理论上是可以做到的。
在地球表面,距离转轴最远的区域就是赤道了,而距离转轴最近的区域则是南北两极,所以我们只需要将赤道附近的物质不断运送到南北两极,就可以提高地球的自转速度,反之,如果将南北两极的物质转移到赤道则能够减缓地球自转的速度。当然,这种变化并不会十分明显,因为地球主要的重量并不在地表,而在地球内部,如果我们能将大量的地球内部物质进行转移,那就能够明显改变地球的自转速度了。
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