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地球转动了46亿年,到底是什么动力在支撑?会有停下来的一天吗?

2024-03-23科学

地球诞生于大约46亿年前,自从地球诞生开始,就一直在转动,如今已经转动了46亿年。

地球质量达到60万亿亿吨,这么重的质量,能够一直转动长达46亿年之久,背后到底有什么力量在支撑?会有停下来的那一天吗?

简单来讲,地球转动46亿年之久,在转动的过程中并不需要任何力量,只是一种惯性作用。

牛顿惯性定律告诉我们,力并非物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。也就是说,物体的运动并不一定需要外力作用,只要地球诞生的时候在运动,考虑到地球质量很大,惯性自然会很大,而且太空中几乎是真空环境,即便没有任何外力作用,地球也可以凭借惯性一直转动到今天。

所以,问题就演变为:地球诞生时为什么会转动?

简单讲,因为太阳诞生时就一直在转动,根据角动量守恒,太阳只是把自己的角动量分配给了太阳系八大行星,其中当然也包括地球。

那么,太阳诞生时为什么会转动呢?我们需要穿越到大约46亿年前,重温太阳诞生时的狂暴场面。

太阳诞生之前,是一片星际云。由于温度和密度的不平衡,某个区域的星际云分析密度更高,质量更大,自然引力也就更大,会吸引周围更多的星际云分子。

虽然一开始这个过程并不明显,吸引星际云会让自身的质量变得越来越大,引力也会更大,更大的引力意味着吸引周围物质的速度会越来越快,就像滚雪球那样,星际云不断向某个方向聚集,速度越来越快。

随着质量的不断变大,星际云核心区域的温度和压强自然变得越来越高,一旦来到某个临界值,就会引发宇宙中的一个大事件:核聚变,宣告恒星的诞生。

这里要强调一下,周围的物质不断向中心聚集的过程,并不是完美平衡的,并不是一条直线朝着中心聚集。由于引力,密度和温度的差异,再加上彼此之间的相互剧烈碰撞,一定会发生旋转。

这就意味着,太阳诞生的过程,其实就是不断旋转的过程,在星际云的中心形成太阳,而周围是很大的吸积盘,也算是太阳诞生过程中剩下的「边角料」。

而太阳诞生之后,开始凭借其强大的引力慢慢塑造周围的边角料,这些边角料最终会形成八大行星和其他小型天体,在整个过程中,太阳会把自己旋转的角动量分配给八大行星。

这就是地球自转的原动力所在。自从地球诞生之后,就一直凭借惯性转动到今天,根本不需要其他任何力量。

那么,地球最终会停止转动吗?

理论上是会的,但实际上地球根本等不到那一天的到来,具体怎么回事呢?

理论上分析,地球最终会被月球潮汐锁定。何为潮汐锁定?

潮汐锁定是一种天文现象,指的是一种天体的一面永远朝向另一个天体。为什么会出现这种现象呢?

打个比方就知道了。 这就像我和你之间有一个吸引力,但是我前胸受到的吸引力与后背受到的吸引力是不一样的,这就会导致每天像是有人在牵扯我,慢慢会让我的自转和公转同步,这就是潮汐锁定。

拿地球和月球来讲,月球就已经被地球潮汐锁定了,意味着月球的一面永远朝向地球,另一面永远背对地球。为什么会出现潮汐锁定呢?

这与引力的大小与距离有关,月球不同部位与地心的距离是不一样的,所受的地心引力自然也是不同的,由此就会产生潮汐力。月球会出现很大的应变,朝向和背向月球的那两侧会形成潮汐隆起。

在月球自转的过程中,地球引力就会把月球潮汐隆起部分往反方向拉拽,结果导致月球的自转速度逐渐变慢,自转周期逐渐延长,直至最终与公转周期完全相同,产生潮汐锁定的现象。

由于地球质量比月球大,因此月球先被地球潮汐锁定。而在月球潮汐力的作用下,地球的自转速度其实也在变慢,只是变慢的速度没有月球变慢得那么快罢了。地球刚诞生时,自转速度非常快,自转一周只需要大约4小时,而如今需要24小时。

像冥王星和卫星卡戎就是潮汐锁定最好的例子,由于冥王星和卡戎的质量相差并不大,看上去并不像卡戎围绕冥王星旋转,而是两者围绕彼此共同旋转,因此,冥王星和卡戎早就实现彼此的潮汐锁定了,也就是说冥王星锁定了卡戎,而卡戎也锁定了冥王星。

理论上分析,终有一天,月球也会实现对地球的潮汐锁定,地球的一面也会永远对着月球。但这一天只会发生在非常遥远的未来,百年之后才会发生。考虑到太阳的寿命只有50亿年了,因此地球可能等不到这一天的到来了。

其实除了月球之外,太阳也一直试图对地球形成潮汐锁定,只不过太阳的潮汐锁定发生在月球的潮汐锁定之后。这是为什么呢?

虽然太阳的质量更大,但距离地球更远,而引力与质量成正比,与距离的平方成反比,计算下来,月球对地球的潮汐力更大,因此月球会率先对地球实现潮汐锁定!