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地球轉動了46億年,到底是什麽動力在支撐?會有停下來的一天嗎?

2024-03-23科學

地球誕生於大約46億年前,自從地球誕生開始,就一直在轉動,如今已經轉動了46億年。

地球質素達到60萬億億噸,這麽重的質素,能夠一直轉動長達46億年之久,背後到底有什麽力量在支撐?會有停下來的那一天嗎?

簡單來講,地球轉動46億年之久,在轉動的過程中並不需要任何力量,只是一種慣性作用。

牛頓慣性定律告訴我們,力並非物體運動的原因,而是改變物體運動狀態的原因。也就是說,物體的運動並不一定需要外力作用,只要地球誕生的時候在運動,考慮到地球質素很大,慣性自然會很大,而且太空中幾乎是真空環境,即便沒有任何外力作用,地球也可以憑借慣性一直轉動到今天。

所以,問題就演變為:地球誕生時為什麽會轉動?

簡單講,因為太陽誕生時就一直在轉動,根據角動量守恒,太陽只是把自己的角動量分配給了太陽系八大行星,其中當然也包括地球。

那麽,太陽誕生時為什麽會轉動呢?我們需要穿越到大約46億年前,重溫太陽誕生時的狂暴場面。

太陽誕生之前,是一片星際雲。由於溫度和密度的不平衡,某個區域的星際雲分析密度更高,質素更大,自然重力也就更大,會吸引周圍更多的星際雲分子。

雖然一開始這個過程並不明顯,吸引星際雲會讓自身的質素變得越來越大,重力也會更大,更大的重力意味著吸引周圍物質的速度會越來越快,就像滾雪球那樣,星際雲不斷向某個方向聚集,速度越來越快。

隨著質素的不斷變大,星際雲核心區域的溫度和壓強自然變得越來越高,一旦來到某個臨界值,就會引發宇宙中的一個大事件:核聚變,宣告恒星的誕生。

這裏要強調一下,周圍的物質不斷向中心聚集的過程,並不是完美平衡的,並不是一條直線朝著中心聚集。由於重力,密度和溫度的差異,再加上彼此之間的相互劇烈碰撞,一定會發生旋轉。

這就意味著,太陽誕生的過程,其實就是不斷旋轉的過程,在星際雲的中心形成太陽,而周圍是很大的吸積盤,也算是太陽誕生過程中剩下的「邊角料」。

而太陽誕生之後,開始憑借其強大的重力慢慢塑造周圍的邊角料,這些邊角料最終會形成八大行星和其他小型天體,在整個過程中,太陽會把自己旋轉的角動量分配給八大行星。

這就是地球自轉的原動力所在。自從地球誕生之後,就一直憑借慣性轉動到今天,根本不需要其他任何力量。

那麽,地球最終會停止轉動嗎?

理論上是會的,但實際上地球根本等不到那一天的到來,具體怎麽回事呢?

理論上分析,地球最終會被月球潮汐釘選。何為潮汐釘選?

潮汐釘選是一種天文現象,指的是一種天體的一面永遠朝向另一個天體。為什麽會出現這種現象呢?

打個比方就知道了。 這就像我和你之間有一個吸重力,但是我前胸受到的吸重力與後背受到的吸重力是不一樣的,這就會導致每天像是有人在牽扯我,慢慢會讓我的自轉和公轉同步,這就是潮汐釘選。

拿地球和月球來講,月球就已經被地球潮汐釘選了,意味著月球的一面永遠朝向地球,另一面永遠背對地球。為什麽會出現潮汐釘選呢?

這與重力的大小與距離有關,月球不同部位與地心的距離是不一樣的,所受的地心重力自然也是不同的,由此就會產生潮汐力。月球會出現很大的應變,朝向和背向月球的那兩側會形成潮汐隆起。

在月球自轉的過程中,地球重力就會把月球潮汐隆起部份往反方向拉拽,結果導致月球的自轉速度逐漸變慢,自轉周期逐漸延長,直至最終與公轉周期完全相同,產生潮汐釘選的現象。

由於地球質素比月球大,因此月球先被地球潮汐釘選。而在月球潮汐力的作用下,地球的自轉速度其實也在變慢,只是變慢的速度沒有月球變慢得那麽快罷了。地球剛誕生時,自轉速度非常快,自轉一周只需要大約4小時,而如今需要24小時。

像冥王星和衛星卡戎就是潮汐釘選最好的例子,由於冥王星和卡戎的質素相差並不大,看上去並不像卡戎圍繞冥王星旋轉,而是兩者圍繞彼此共同旋轉,因此,冥王星和卡戎早就實作彼此的潮汐釘選了,也就是說冥王星釘選了卡戎,而卡戎也釘選了冥王星。

理論上分析,終有一天,月球也會實作對地球的潮汐釘選,地球的一面也會永遠對著月球。但這一天只會發生在非常遙遠的未來,百年之後才會發生。考慮到太陽的壽命只有50億年了,因此地球可能等不到這一天的到來了。

其實除了月球之外,太陽也一直試圖對地球形成潮汐釘選,只不過太陽的潮汐釘選發生在月球的潮汐釘選之後。這是為什麽呢?

雖然太陽的質素更大,但距離地球更遠,而重力與質素成正比,與距離的平方成反比,計算下來,月球對地球的潮汐力更大,因此月球會率先對地球實作潮汐釘選!