地球會自轉,這是我們在初中的時候學過地理課就知道的事情,這是所有人公認的真理。
有了地球的自轉,黑夜和白天才能有區別,有了自轉軸與公轉軌道之間的夾角,一年四季才能有不同的變化。
然而我們親愛的地球母親自轉卻並沒有那麼的穩定,她也會轉地忽快忽慢,並且她旋轉的地軸也不是雷打不動,也會繞圈圈、各種擺動,導致歲差、北極點漂移等古怪現象。
我們不禁有了疑問:
地球為什麼要自轉?
地球為什麼轉個不停?
地軸為什麼是歪的,並且還一直在變?
下面我們帶著這些問題來一一尋找答案。
地球為什麼要自轉?地球被上帝踢了一腳,所以轉個不停。
顯然這種說法是我們信仰科學的人不能相信的,這個問題在太近的時間尺度上也不是輕易能解決的。
因此,想要弄懂這個問題,我們需要回到億萬年前的宇宙,來探索那些地理老師沒告訴我們的事。
為了解決我們的問題,我們引入角動量的概念:
角動量是描述物體轉動的一個物理量,物體品質越大,轉動速度越快,轉動半徑越大,角動量就越大。
角動量與能量相似,在沒有外界干預的情況下,角動量也是守恆的,只能在物體之間交換,既不能憑空產生,也不能憑空消失。
有了角動量的概念,我們就有了一個分析旋轉物體的利器。然後我們回到46億年前的太陽系:
太陽系此時即將誕生,我們的太陽系此時還是一顆正在急速縮小的超新星,它即將要爆炸了。
一場劇烈的超新星爆炸,我們的太陽系誕生了,新生的太陽系宛如爐子上燒開的一鍋熱粥,大大小小的天梯四處亂竄,就像一顆一顆高速旋轉的陀螺,不斷地碰撞,摩擦,交換著彼此在此次爆炸中獲得的角動量。
在漫長的太陽系形成過程中,太陽、地球、太陽系的其它行星,還有小行星等所有天體,各自在這場角動量分配戰爭中得到了一部分屬於自己的角動量,恆星和行星開始穩定的公轉和自轉,太陽系才逐漸成為現在穩定的樣子。
地球為什麼在46億年一直轉個不停?有了我們上一部分對於地球自轉形成的分析,這個問題也隨之迎刃而解:
因為地球在太陽系形成的時候分到的角動量並沒有用完。
地軸為什麼是歪的?
關於地軸傾斜的產生原因說法很多。科學家也難形成統一意見。其中“隕星撞擊說”較為流行。
地球早期只是一顆小行星,靠引力不斷俘獲外來天體壯大自己,而外來天體都是在相對地球高速運動的,所以俘獲的過程就是劇烈碰撞。
最大的一次撞擊發生在45億年前,一顆很大的小行星從側面撞擊了地球,使地球更加快速地旋轉起來,撞出去的物質與小行星形成了月亮,撞擊留下的大坑則形成了海洋。
如果沒有月球,地球就會搖擺不定,甚至顛倒。月球的引力是地球自轉軸最好的穩定器,它使地軸指向北極星附近,並使地軸與公轉平面保持66度34分。使地球一年有了四季。初始時地球自轉很快,一天只有5小時,是潮汐摩擦的減速作用成了一天24小時。所以,是慣性使它繼續旋轉,萬有引力引起的潮汐摩擦使它慢慢減速,並且以後會繼續減速。
地軸圍繞旋轉的地軸為什麼一直在變化?原因與冰河期後的反彈現象有關。在冰河期,地表被厚重的冰層壓住,等到冰河期一過,冰原融化了,壓力解除了,大地就像彈簧床緩緩回彈,使地表某些地區“長胖”了。
地球的形狀改變了,品質重新分配,自轉軸也會跟著微調,真正的北極點(自轉軸穿出北方地面之處) 也就換位置了。這還是角動量守恆的結果!你可以把同一塊橡皮泥捏成各種形狀,試著轉轉看,就會發現轉動軸真的會改變。
地球自轉還有什麼其他值得研究的嗎?作為我們賴以生存的星球,我們對於地球或許無關緊要,但是地球對我們來說是我們目前唯一的家園,我們需要去更加了解她,從而保護她。
地球自轉能夠用來探索地球內部。目前我們的科技無法像科幻電影《地心歷險記》那樣潛入地心歷險,我們只能通過地表測得的資料來進行反演,包括地震波、重力場、地球自轉變化、磁場的變化量。
地心歷險記劇照
有科學家表示,地球自轉的快慢變化存在一個6年上下的小週期震盪,因此推斷地球的核心和外核不是完美的圓形,中間又隔著液體層,所以核心在液體內可能會晃動,造成鐘擺般的簡諧運動。
當地球核心晃動,外面地殼因為角動量守恆就會跟著改變轉速,造成地球自轉週期性的改變。
只有富有想象力,地球自轉的研究方向是非常豐富的。
目前我們人類的科技發展蒸蒸日上,相信有一天我們會對地球了解的更深,並有能力保護我們賴以生存的星球。
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