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首先,运动是自然规律,不存在从哪里来的问题
现代科学早就已经发现,物质无论大小,小到基本粒子,组成物质的原子、分子,大到星球、星系、星云都在不停地运动。这些运动受四种基本力的控制,即引力、电磁力、强力、弱力。
因此,运动是宇宙规律。所有的天体都在自转和公转,地球也不例外,这也是规律,是宇宙法则。规律就是客观存在,人类无法创造也无法改变规律,只能认识和利用规律,也不存在为什么,从哪里来的问题。
宇宙第一推动力是宇宙大爆炸,从138亿年前某一刻大爆炸开始,到今天宇宙都还在不停地膨胀。现代理论认为,除了第一推动力,宇宙中的暗物质和暗能量的博弈,主导着星系的收缩和膨胀的速度。
由此,宇宙运动能量从哪里来是很复杂的,每一个粒子的运动也是很复杂的,它们既受到第一推动力的影响,也受到四种基本作用力的影响,还受到暗物质暗能量的影响。
那么地球自转的能量又是怎样来的呢?现在我们采用奥卡姆剃刀原理,在复杂的原因中剃除掉一些非主要因素,让其变得简单明了化,那么地球自转和公转主要是受引力和角动量守恒的影响。
要弄清这个问题,必须从地球的形成过程说起
恒星是宇宙中可见物质的最主要组成部分,占宇宙可见物质质量的90%以上。而地球这样的行星,包括矮行星、卫星、小行星、彗星、碎块尘埃等,都是恒星形成后剩下的渣子组成,占比极小。
如在太阳系,太阳一个天体的质量占全系统的99.86%,其他八大行星以及几百个小天体、无数小行星碎片加起来才占整个质量的0.14%,地球质量只是太阳质量的33万分之一,即0.0003%。
所有恒星都是由巨大的星云凝聚而成,期间起作用的主要是引力。其形成过程在过去已发文章中已多次描述,这里就不展开说了。太阳形成后,在其周围有一个行星吸积盘,一直保留着太阳形成过程的角动量,也就是围绕着太阳旋转。
太阳刚形成时,会发出很强的辐射(又叫恒星风),将吸积盘中的物质吹向远方,这样就形成了轻物质被吹得更远,重物质就更近的围绕在太阳周围。由此,围绕着太阳就形成了4颗密度更大的类地行星,它们是水星、金星、地球、火星;而距离太阳更远则形成了4颗密度较小的气态行星,即木星、土星、天王星、海王星。
这个吸积盘就是如今的黄道,也是太阳系行星等天体物质主要集中在黄道的原因。
地球公转和自转的直接原因
在相互引力作用下,行星盘的渣子们相互碰撞凝结,从拳头大渐渐凝聚到一个房子大,越大吸引力就越强,渐渐成为一个球形,并将轨道周围的所有渣子都吸附殆尽,这样行星就形成了。
地球和所有行星都是这样形成的。地球公转就是继承了吸积盘的角动量,就是它过去是以什么速度旋转,形成地球后还是按这个速度公转。
地球自转的形成则有多种说法,主要有撞击说、平衡说和太阳引力说。
地球在形成过程,渣子的碰撞和吸附过程中,不可能一直保持不动,会渐渐旋转起来,这就是地球自转的开始阶段;地球初步形成后,又与一颗约火星大小的行星(科学家们把它称为忒伊亚)相撞,融合成一个更大质量的地球,而撞出的熔岩碎渣飞上天空凝聚成了月球。
这个过去也说过多次,也不展开说了。在这些碰撞过程中,地球就形成了现在的自转角度和速度,这是地球自转的主要来源;而行星为了保持公转轨道的稳定性,也必须自转,就像陀螺一样,只有旋转才能保持平衡。
还有一种说法,地球自转是受太阳引力作用影响形成的。这种说法认为,太阳引力把行星朝太阳一面吸引得隆了起来(引潮力影响),随着行星公转,这种隆起的部位就会变化,由此强行推动了行星自转。
地球自转很可能是这几种作用力的综合推动形成的。
物质的基本属性~惯性,是地球一直保持自转的原因
所谓惯性,就是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,是物质的基本属性。这个理论是说,任何物质都具有惯性,就是保持某种运动状态或静止状态的属性,只要没有外力作用,这个物体就会一直保持某种状态。
在太空中,处于真空状态,没有任何阻力,因此地球等天体一旦形成某种运动状态,在没有外力作用下,就会永远保持这种运动状态。地球也一样,其公转和自转一旦形成,就会一直维持下去,除非有外力改变它。
比如地球公转,它一直会以既定速度均速直线运动。但由于太阳引力这个外力牵制,地球就无法保持匀速直线运动,而具有被太阳拉扯着向其靠近的趋势;但其匀速直线运动的动能又总让地球具有摆脱太阳引力的趋势,这两种力形成了一个平衡,就形成了地球围绕太阳公转的现象。
其他行星莫不如此。由此看来,地球在太空中运动并非完全没有外力影响,太阳的引力无时不刻地影响着它,因此其公转速度和自转速度也是不断变化的,这个变化就是地球距离太阳越来越远,公转和自转速度越来越慢。
地球公转和自转的速度一直在变化
地球自转和公转速度总体一直是变慢的趋势。
现在地球距离太阳约1.5亿km(千米),公转线速度约30km/s(千米/秒),自转速度为24小时一周,赤道线速度约464m/s(米/秒)。而在46亿年前,地球刚诞生时,距离太阳比现在更近,因此自转速度和公转速度都更快,据一些科学建模测算,45亿年前地球的一天只有4小时,而到了40亿年前则延长为8小时,30亿年前为18小时,6500年前恐龙时代则为23小时。
现代研究发现,地球自转还在变慢。有一项研究认为,地球轨道一直在缓慢远离太阳,每年达到1.5cm(厘米),而自转依然在变慢,100年慢1.6毫秒。这是个什么概念呢?就是1亿年后,地球会远离太阳1500km,每天时间会延长1600秒,也就是26.7分钟。
这种公转轨道变远和自转速度变慢的原因很复杂,主要还是引力变化和太阳、月球对地球的引潮力导致的,要说清楚这些理论很复杂,在过去也多有讲过,就不展开说了,有兴趣的可以查看以往我发过的相关文章。
以上就是地球自转和公转变化的依据。
地球为何悬在空中不会坠落?
这是一个笑话,是因为完全不具备宇宙空间常识而提出的问题。简单地说,宇宙中不存在上下左右关系,何谓坠落?我们人在地球上生活,由于地心引力才有了上下的感受,才有坠落这个相对的词汇出现。
在宇宙中,只有引力作用,而无上下左右之分。宇宙空间一个子系统里,主要是引力在起作用,相互的引力作用让一群天体聚集在一起。如在太阳系,太阳是最大的天体,其引力起着决定作用,所有的其他天体都围绕着太阳运行。
但引力也是相互作用的,小天体也会对大天体产生作用。如地球不但受到太阳引力作用,也受到月球引潮力作用。月球只有地球质量的1/81,但正是这个比地球小很多的卫星影像,地球的潮汐才更大,这是因为月球距离地球近,其引潮力是太阳的2.5倍。
如果要说坠落,一般来说就是小天体受到大天体的引力作用,被拉扯进它的怀抱。如地球,理论上太阳可以把地球拉近它的怀抱。但地球由于在形成时继承了行星盘的角动量,以一定的线速度具有逃脱太阳引力的趋势,引力和速度形成了一个平衡,这样地球既逃脱不了太阳引力,太阳引力就也拉扯不了地球过去。
这就是环绕速度,所有的行星都具备这样的环绕速度。随着距离远近,这个速度会自动调整。这样地球和其他行星就会永远围绕着太阳运行下去,一直到太阳灭亡。
因此,在太空中不存在坠落的概念,即便是掉落到太阳上去,既可以说是被吸上去,也可以说是落下去,而非一定是坠落下去。
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