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地球是永動機嗎?自轉46億年從未停歇,它的動力到底是什麽?

2024-01-09科學

人類對於永動機的追尋,可謂是科學史上一個永遠也達不到的終點。

但是你有沒有想過,我們是否就身處於一個「永動機」的運作上呢?地球迄今為止已經圍繞著太陽旋轉了46億年,並且以後也將持續不斷地旋轉下去,直到淪陷為止。支撐它這樣旋轉的「動力」究竟是什麽呢?

地球為什麽會自轉?

地球自轉的起因,甚至需要追溯到太陽的形成了。

46億年前,太陽還未形成的時候,太陽系只有大量的瓦斯(主要是氫和少量的其他元素)和塵埃組成的巨大原始星雲,在宇宙中漫無目的地漂浮。突然有一天,這片巨大的原始星雲附近發生了超新星爆發。在超新星爆發的巨大能量影響下,原始星雲內部的某一區域物質密度增加。

密度增加的區域重力必然也變大了,重力作用下,雲團內的瓦斯和塵埃逐漸靠近聯集聚在這個區域。這導致了雲團的壓縮和密度進一步的增加。

在原始星雲的旋轉盤中心,由於壓力和溫度的增加,核心區域開始變得足夠熱和密集。在一定條件下,瓦斯核心的溫度達到約1,500萬攝氏度時,氫開始進行核融合反應。這個核融合過程釋放出巨大的能量,形成了太陽。太陽的核心繼續進行核融合反應,並持續地釋放出光和熱。

太陽形成之後,因為巨大的重力,吸引著周圍剩余的物質圍繞著它旋轉。這些物質又在重力的作用下,逐漸聚集收縮,逐漸形成了太陽系中的星體,其中就包括地球。由於角動量守恒,這些旋轉著的物質在形成地球後仍然保持著旋轉,這就形成了地球的自轉。

這是目前傳播最為廣泛的地球自轉原因假說。但是這個假說也存在一些問題,比如說,按照這個假說的理論,品質越大的星球自轉的速度就應該越快,並且太陽系中所有的星球都應該是順著一個方向公轉和自轉的。

但是事實卻不是這樣,太陽的品質比地球品質大得多,但是其自轉速度卻還沒有地球快。再者,太陽系中大部份星體確實是按照逆時針方向旋轉的,但是其中金星和天王星之類少數星球卻是以順時針方向旋轉。

正是因為存在著這些邏輯上的漏洞,近年來,有關地球自轉形成原因的假說仍然被不斷提出。但是,無論是哪一個假說都不是完美的,或多或少都存在問題,所以沒有得到廣泛認可。

地球的自轉狀態會改變嗎?

當然,地球也絕非什麽永動機,雖然它的自轉壽命很長很長,但並不是不會停下。

力是改變物體運動狀態的原因,沒有力物體的運動狀態就不會發生改變。所以,除非有足夠大的力能夠撼動地球的動能和角動量,要不然,地球的自轉就會一直持續下去。

然而,即使現在沒有任何力的出現可以徹底終結地球的自轉。但是,總有一些力會對地球的自轉速度產生一些影響。

其中最主要的就是太陽核與月球對地球產生的引潮力。引潮力會造成地球上的海洋和陸地形成周期性的漲落,也就是我們平常說的海水潮漲潮落。因為潮漲潮落會產生摩擦,消耗地球的動能,導致地球的自轉速度逐漸變慢。

同時,因為引潮力,月球也會逐漸遠離地球,導致月球圍繞地球公轉的周期變長。據估計,每年地球的自轉速度減慢約1.7毫秒,月球與地球之間的距離增加約3.8厘米。

除了引潮力之外,地球自轉還會受到其他因素的影響,如大氣摩擦、大陸漂移、地殼活動和核試驗等。因為這些因素可能會改變地球的品質分布、形狀和慣性矩,進而影響地球自轉的速度和方向。舉例來說,2004年,印度洋海嘯引發的地震,就使得地球自轉速度加快了約3微秒,同時地軸傾斜了約2.5厘米。

不過其實這樣的影響確實是緩慢而微乎其微的,據科學家推測,至少要數百億年後,地球上的生物才能明顯的感受到地球自轉速度變化對環境帶來的影響。

探索地球自轉的意義

探索地球的自轉,對於我們理解地球執行機制和動力學過程非常重要。在對地球自轉有足夠了解的基礎上,我們可以預測和理解氣候變遷、天氣模式和地震等自然現象。

同時,透過研究地球自轉,深入了解地球內部結構、地球物理現象以及與其他天體的交互作用,這對推動地球科學的發展、提升地球保護意識至關重要。