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地球自轉(zhuǎn)了45億年,為何到現(xiàn)在還沒有停下來?能量來自哪里?

 rcxxq 2019-11-10


首先我們說下能量來自哪里

這里說的能量肯定指的是動能或角動量,那么最初的角動量哪里來的?我們都知道在銀河系中有很多活躍的恒星形成區(qū)域。而我們的太陽肯定也是眾多恒星形成區(qū)域中不起眼的一部分。

上圖就是我們的銀河系,再眾多旋臂上的亮點(diǎn)都是恒星形成區(qū)域,當(dāng)然星系中心肯定是最活躍的,因?yàn)槟抢锏囊_動比較大!

恒星一般都誕生于一團(tuán)分子云中,而最初的分子云是在三維空間中分布的,并不是一個(gè)圓盤,但也不是一個(gè)完美的均勻的球形,我們稱其為三軸橢球體!在分子云內(nèi)部原子、分子會不斷地發(fā)生碰撞運(yùn)動,整個(gè)巨大的分子云本身就自帶一種緩慢旋轉(zhuǎn)的內(nèi)在屬性??赡芪⒑跗湮⑽覀兏緹o法觀察到。

還有一種可能就是,兩團(tuán)分子云也會再引力的作用下形成一種潮汐力矩,并且互相靠近多方,這樣也為最初的分子云團(tuán)提供了內(nèi)在動量。這是引力勢能到動量的轉(zhuǎn)化。很容理解吧。

而獲得了動量的分子云,這個(gè)三軸橢球體在引力的作用下會在較短的軸上率先塌縮,啪!就像攤煎餅一樣,一個(gè)形成圓盤就這樣誕生了!我們都很了解一個(gè)物理定律,也是現(xiàn)實(shí)生后中常見的現(xiàn)象,那就是滑冰運(yùn)動員,當(dāng)它把胳膊收起來時(shí),轉(zhuǎn)速會加快,這就是動量守恒定律。

氣體云的塌縮也一樣,由于質(zhì)量分布的集中,根據(jù)角動量守恒定律,此時(shí)的行星圓盤會旋轉(zhuǎn)加速,這就是最初旋轉(zhuǎn)能量的來源。

巨大的行星圓盤都轉(zhuǎn)起來了,你還擔(dān)心小小的地球不轉(zhuǎn)嗎?所以太陽系內(nèi)的行星天體都帶有同樣的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角動量,太陽也不例外。

現(xiàn)在說下為啥轉(zhuǎn)了這么長時(shí)間為啥不停呢?

在我們?nèi)粘I钪?,轉(zhuǎn)個(gè)陀螺,不一會自己就停了。這說明脫落損失了自己的角動量,從哪里損失的?肯定是與地面、空氣的摩擦!

從這一點(diǎn)我們就知道為啥地球不停,因?yàn)楦鶕?jù)能量守恒定律,能量是不會憑空消失,除非發(fā)生轉(zhuǎn)移,地球在太空中那是幾乎沒有摩擦的,而且地球質(zhì)量如此龐大,旋轉(zhuǎn)慣性也很大,是很難停下來的。

你看,剛才我說了幾乎!意思就是想表達(dá)地球其實(shí)在自轉(zhuǎn)的過程中是由微小的摩擦力的。這就要說到月球了。

潮汐摩擦和角動量傳遞

地球?qū)嶋H上并沒有以恒定的速度旋轉(zhuǎn),并且每個(gè)世紀(jì)以大約1.7毫秒的速度在逐漸降低。這似乎是微不足道的變化,但比較有趣的是,地球上古代的生物對一天的時(shí)間有不同的認(rèn)識。

這一切始于45億年前。在一顆火星大小的行星和原始地球發(fā)生了致命的碰撞之后,圍繞著熾熱的地球形成了熔融撞擊碎片環(huán)。

經(jīng)過漫長的歲月,碎片環(huán)聚結(jié)成了月球,當(dāng)時(shí)月球到地球的距離約地球半徑的三倍,剛好超過洛希極限。這是地球的一天僅有4個(gè)小時(shí)。

隨著月球繞地球的運(yùn)動,兩個(gè)天體之間交換了角動量。月球的引力吸引海洋,形成了潮汐凸起,旋轉(zhuǎn)更快的地球會受到海水與陸地的摩擦作用。由于這場引力的拉鋸戰(zhàn),我們的行星自轉(zhuǎn)就隨著時(shí)間的推移減慢了。

地球失去的角動量被轉(zhuǎn)移到月球,這一效應(yīng)也使月球以每年3.8厘米的速度在遠(yuǎn)離地球。

如今,與背景恒星相比,地球繞其軸旋轉(zhuǎn)一周大約需要23個(gè)小時(shí)56分鐘4.09秒。這稱為一個(gè)恒星日。目前,月球的平均距離為384,400公里,約為地球半徑的60倍。這就是漫長歲月所帶來的變化。
那么在10億年內(nèi),月球距地球的距離會增加37,800公里,距離地球更遠(yuǎn),而地球上的一天要增加4.72小時(shí)。當(dāng)月球到達(dá)地球半徑的80倍時(shí),預(yù)計(jì)月球?qū)⑼V蛊湎蛲獾穆菪\(yùn)動。

最終,月球?qū)⒚?7天完成一個(gè)軌道,而地球每47天自轉(zhuǎn)一周。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí),地球和月亮將被潮汐鎖定。因此,在世界的某些地區(qū),一個(gè)較小,較暗的月亮將永久地裝飾在夜空(白天),而在另一側(cè)只有星星。

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