地球当然不是永动机,这个世界上没有永动机,永动机是违背能量守恒定律的妄想。简单地说,地球自转的动力来自四个方面,即:万有引力是根源,娘胎里带来天生的,后天环境造就,惯性运动的结果。
先说说万有引力这个根源。3百多年前牛顿发现了万有引力定律,就揭示出世界上万物都是受万有引力制约,因此宇宙中一切天体运行,都受着万有引力支配。而恒星和行星等天体,也是万有引力作用下诞生的。
一切天体的祖宗就是宇宙尘埃,也就是星际云,或称为星云。星云有最古老的处女原始星云,还有经过1次或多次超新星大爆炸飘散到太空的再生星云。
原始星云就是宇宙大爆炸之后第一拨星云,那种星云比较纯洁,只有最轻的元素氢和氦,及少量的锂组成;而再生星云由于恒星核聚变和超新星大爆炸,成分就比较复杂了,虽然还是以氢氦为主,但已经含有了1~2%迄今已知116种从轻到重的元素。
自身引力使星云聚集和收缩,形成恒星。在太空中存在的星际尘埃本来很稀薄,但分布很广阔巨大,一般都在数光年范围,这些星际云在引力作用下会慢慢聚集,遇到超新星大爆炸等宇宙事件,会促进这种聚集加快。
任何恒星诞生都是星云在万有引力作用下不断收缩而成,最终在核心形成一颗或多颗恒星,剩下的渣滓就聚集成了行星等。太阳系也是这样形成的,只不过太阳系是1个单恒星系统,中心只有太阳1颗恒星。
每个恒星系统,恒星都占据了整个系统的绝大部分质量,如太阳就占据了整个太阳系质量的99.86%,剩下的0.14%碎渣残气就形成了八大行星和几百颗卫星,还有若干颗矮行星,无数的小行星等等。
地球的自转来自恒星系统形成过程这个娘胎。说穿了,恒星行星的娘胎都是星云,但其自转公转来自形成过程的角动量继承,所以说是天生的。
任何恒星系统在形成过程,都是在万有引力作用下一个星云不断收缩的过程。在星云不断的收缩以致后面的迅疾坍缩过程中,由于收缩力的不均匀不平衡,这坨星云就会发生自转,而且自转会越来越快,这样就形成了自转轴离两极和赤道,巨大的离心力就会在这坨星云赤道部分甩出一个行星盘,也有人称为恒星吸积盘,而这个盘面就是后来的黄道面。
随着星云核心物质坍缩得越来越紧密,核心部分在高温高压下激发了核聚变,恒星就形成了。恒星核心强大的辐射压与星体本身巨大质量的收缩压抵消了,恒星不再收缩,并源源不断向太空发出能量辐射,这就是恒星的主序星时期。恒星主序星时期占恒星总寿命的90%,是恒星稳定时期。太阳主序星寿命在100亿年左右,现在约50亿岁了。
娘胎的角动量守恒,形成恒星行星的自转公转。太阳形成后,继承了星云的角动量,因此一直自转着。而行星盘也还在不停的转动,剩余的一些星云物质和残渣碎块不断碰撞,依然是在万有引力作用下,像滚雪球一样越滚越大,最终把自身轨道附近的残渣余孽都滚在了一起,清空了轨道,这颗行星就形成了,地球也是这样形成的。
太阳系的八大行星公转和自转都是继承行星盘角动量守恒,公转方向与太阳自转方向一致,自转与公转方向一致。从太阳北极鸟瞰,所有行星的公转方向都是反时针运行,自转方向基本都是围绕着各自的自转轴反时针方向运行。这就是“娘胎”里带来的,是天生的由来。
娘胎里带来的统一性在后天环境中各自有所改变。人类从娘胎里出来,带有上一辈的基因,天生就有的性质以外,也受到后天环境影响,长大成人后并不完全像爹娘一样了。行星也是一样,虽然天生公转方向和自转方向是一致的,但在后天环境中,由于天体碰撞等因素,会改变这种状况。
现在所有行星的自转轴都不是很正的,而且有几颗星球的自转和公转发生了很大改变。比如天王星自转轴倾斜了97.8°,几乎是躺在轨道上公转;而金星自转方向与所有行星相反,且自转周期243天,公转周期224.7天,自转一圈比公转一圈时间还长。
研究认为,这是由于在行星形成初期,各个行星都受到了不同天体的碰撞所致。而天王星和金星受到的撞击更大一些,因此就改变了娘胎里带来天生的自转公转模式。我们地球也受到了一颗火星般大小的行星碰撞,碰撞的结果是自身质量加大了约1/8~9,双方混血生出了一个月球,自转轴歪了23.44°,从此有了一年四季春夏秋冬。
惯性会让地球一直保持姿态和动量,永远运动下去。由于太空没有任何阻力,因此一个天体运动形成后,就会一直运动下去,这是惯性使然。何谓惯性?标准的解释是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。
怎么理解这个意思呢?就是任何物体都具有保持静止状态或匀速直线运动的性质,一个人,一块石头,一架飞机,一颗星球都是这样。它们本来的运动状态是什么样子,就与一直保持这个状态的属性,这就是物体的惰性。惯性的大小只与质量相关,成正比。
惯性的改变必须有外力,而且只有外力才能改变惯性运动状态,否则它们就会一直是那个样子。地球自从继承了娘胎里带来的角动量,就一直以固定的速度匀速运动着,在没有阻力和外力的情况下,会一直运动下去。
但外力改变了地球的运行姿态,并且继续改变着。这个外力就是太阳。由于有了太阳这个巨大的引力源,地球匀速直线运动的状态被改变了,太阳引力想方设法把地球要拉进自己的怀抱,地球只得努力的挣脱,向前奔跑,而这个奔跑速度正好与太阳引力拉扯力相抵消,这样地球也跑不脱,太阳也拉它不过去,运行就形成了一个圆圈圈,这就是地球的公转轨道。
为什么所有的行星都正好是公转速度与太阳引力相抵消呢?这就还是娘胎里带来的,继承了行星盘的速度而已。太阳系刚刚形成时,地球靠得太阳更近,因此自转速度和公转速度都会更快,只有这样才能够抵消太阳引力。
现在地球还有渐渐远离太阳的趋势,这里面有复杂的机制,其中有一种机制认为是太阳风的吹拂和太阳引力渐渐变小的趋势,导致地球逐步远离太阳。
因此地球未来公转速度和自转速度会越来越慢,不过这种慢的变化很缓慢。有科学研究认为,地球自转大概1百年慢1.6毫秒。1秒等于1000毫秒,要62500年才会慢1秒,这样10亿年后,地球自转1年就慢了16000秒,也就是约4.44个小时。这似乎变化不大,但有研究认为10亿年后,地球自转和公转都会有较大变化,在此我们就不讨论了。
这就是地球自转推动力及其变化的由来。感谢阅读,欢迎讨论。
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