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地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

作者:由 優美生態環境保衛者 發表于 易卦日期:2023-02-07

地球軌道是怎麼維持的

自從地球誕生46億年以來,一直圍繞著太陽作週期性的公轉,同時自身也在繞著地軸自轉,這種運動形式在宇宙天體中再自然不過了。如果深入地追溯一下,為何地球會至始至終地發生著這樣的運動呢,其提供運動所需要的能量來自哪裡呢?

按照牛頓運動定律,任何物體,在沒有受到外力或者受到外力合力為零的情況下,會保持著靜止或者勻速運動的趨勢,即呈現出慣性。地球處在宇宙中執行,每時每刻都要受到太陽和其它星體的引力作用,因此所受到的外力不可能為零,因此只能是所受到的外力合力在一定時間段時保持基本為零的狀態,這也是地球能夠進行週期性的公轉和自轉的根本原因。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

從地球的公轉來看,其在運動過程中勢必會受到以太陽引力為絕對主導的“拉扯”作用,這個引力大小,按照萬有引力定律,與雙方的質量乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比。之所以地球沒有被太陽的萬有引力拉到其內部,主要原因在於地球擁有一定的公轉線速度。在公轉的過程中,其沿著執行的切線方向行進所造成的“拉遠”距離,正好與太陽萬有引力對其“拉近”的距離相同,對外表現就是向前行進阻止了向太陽內部的墜落。從物理學上分析就是萬有引力正好充當了其圍繞太陽公轉的向心力,那麼與向心力相對應的,我們可以假設出一個離心力來,這個離心力在一定的執行線速度、距離引力源一定的空間距離條件下,正好與萬有引力相平衡,確保了地球穩定地圍繞太陽進行公轉。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

無論是地球的公轉還是自轉,按照能量守恆定律來講,這個初始速度的獲得,必須要有一定的能量輸入,這一點毋庸置疑。而能量的來源,則需要追溯到太陽系的形成階段,也就是距今50億年左右。那個時期,太陽系內還是被一大團星雲物質所籠罩,而這些星雲物質則是由上一任質量較大的恆星,在生命末期透過超新星爆發所釋放出來的。超新星爆發的能量其中就有一部分轉化為這些星雲物質的內能,也就是組成星雲的星際氣體、塵埃物質所具有的動能以及引力勢能的綜合。在星雲中,每個星際氣體和塵埃物質內部的原子,都在發生著不同程度地運動,從而表現出相互摩擦和碰撞,最終會使星雲在整體上,呈現一種在方向和速率上佔據主導優勢的執行特徵。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

這些星雲物質團在漫長的引力擾動下,會發生相互的吸引和聚集現象,而在距離質心越短的短軸上,星際物質由引力勢能降低而角動量增加所獲得的吸引效果就越明顯,從而逐漸地將星雲物質組成的星雲團聚攏成圓盤的形狀,越靠近核心區的物質角動量越大,從而形成了圍繞這個核心、眾多星雲物質以不同軌道和不同速度執行的局面。在非常靠近核心的區域,由於所吸聚的物質越來越多,引力也會越來越大,從而使得星雲坍縮排行得就越劇烈,從而不斷提升核心區的質量,而在星雲物質坍縮過程中,在引力勢能轉化以及物質不斷碰撞過程中,熱量的積累、壓力的積聚也會越來越高,在量子隧穿效應的作用下,在較低的溫度,即1000多萬攝氏度時,就激發出了“溫和”的核聚變反應,太陽就這樣形成了。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

在太陽的形成過程中,其圍繞核心執行的眾多星雲物質已經具備了相應的角動量。而沒有被太陽吸引的物質,在圍繞太陽公轉的過程中,也會相應發生著引力擾動和相互碰撞聚合的情況,經過幾億年的醞釀,從而在與太陽不同距離的各個軌道上形成了固態行星和氣態行星。這些聚合的星際物質,其原有的角動量不會平白無故消失,而是被形成的行星成繼承,成為行星自轉的能量源泉,奠定了行星現在自轉速度的重要基礎。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

在後來行星的演化發展程序中,其自轉速度、自轉傾斜角度還會受到其它天體的干擾影響,比如較大質量星體的撞擊,就會在一定程度上嚴重影響星體的自轉速度,根據碰撞的方向和力道,有可能使行星自轉速度增加或者減少,以及引發自轉軸的傾斜,甚至倒轉情況的發生。像太陽系內眾多行星不同的自轉傾斜角度、金星格格不入的相反自轉方向、天王星“躺著”自轉等,都極有可能是受到大質量天體的撞擊所形成的。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

解決了行星自轉的能量來源問題,那麼我們再來看一下自轉為何沒有停下來。造成這種現象的主要原因,在於行星在宇宙空間中的執行,所受到的阻力實在是太過於微小了。我們對小行星墜落地球印象深刻,當它們衝入地球大氣層之後,會與大氣層中的大氣分子發生劇烈摩擦,產生的高溫會瞬間將周圍空氣等離子化,我們從地面上看來就像燃燒起來了一樣。在太空環境中,星際氣體與地球大氣層中的氣體密度相比,差距實在是太大,每立方厘米才僅有零點幾個原子存在,地球在這樣異常“稀疏”的星際空間中執行,所受的阻力與其強大的動能相比完全可以忽略不計。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

因此,對於地球來說,能夠影響其自轉速度的因素並非是星際空間中的氣體,而是月球和太陽的引力,地球與其它行星表面一個非常明顯的不同,就是擁有廣闊的海洋,由於海水具有流動性,其在外部引力作用下產生的形變,要比岩石等固態岩石明顯得多。雖然月球的質量較小,但由於它與地球的距離很近,因此,它對地球海水的潮汐力要比太陽還要大6倍左右。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

從地球的自轉來看,其自轉角速度遠大於公轉角速度,也遠大於月球的公轉速度,因此來自月球和太陽的引力,會將地球表面的海水向著反方向“拉扯”,從而使海平面在部分割槽域發生隆起,然後海水在重力勢能的影響下,隆起的海水又有向著其它區域回落的趨勢,因此就產生了漲潮和落潮現象。在反覆的潮漲潮落的作用下,海水與海底岩石以及海岸發生著週而復始的摩擦,在一定程度上起到了給地球自轉“剎車”的作用。

地球四十多億年來,維持自轉的能量來源是什麼?

據科學家們研究,地球在剛誕生時自轉週期僅為4個小時左右,目前已經下降到24個小時。隨著地球自轉速度的減小,角動量的損失逐漸被月球所繼承,月球的公轉速度會相應變慢,距離地球的軌道也會越來越遠,預計在8-12億年之間,月球的公轉速度會達到和地球自轉速度相同的地步,大約為46天左右,屆時地球的自轉速度將不再變慢,月球與地球的距離也將被固定下來。