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地球已經自轉了46億年之久,什麼力量讓地球轉這麼久?
2023/04/05

按照 牛頓第一運動定律的描述, 假若施加于某物體的總外力為零,那麼該物體的運動速度不變。根據這個定律,假設外力之和為零,則運動中的物體將始終保持勻速直線運動狀態,靜止物體則總保持靜止狀態。物體所呈現出的這種維持運動狀態不變的性質稱為「慣性」。這和我們的日常經驗相悖,是因為我們生活在一個充滿了各種各樣阻力(大多是摩擦力)的世界中。只要你松開汽車的油門,它最終就會停下來。但一輛行進中的汽車需要持續耗油,是因為大地的阻力和空氣的阻力。如果沒有這兩者的影響,一輛已經開始運動的汽車,就能持續運行下去。

比如向火星發射的天問一號太空飛船,在脫離地球引力時需要消耗大量能量,但當它的速度達到第二宇宙速度脫離地球引力的影響,進入太空飛行的時候,就不再需要持續消耗能量,就能飛往火星,只有當需要改變天問一號飛船的方向和速度時,才需要再次消耗能量。在太空中開車就是這麼爽,你只需要給一個初始的推力就行,并不需要全程踩油門。當然這是一個簡化的說法,如果你要飛出太陽系,那你就得不斷對抗來自太陽的強大引力的影響,不過地球始終繞著太陽運動,所以不需要考慮這個問題。

當然,地球的自轉并不是勻速直線運動,但一個轉動的物體同樣擁有慣性,這只需要見過旋轉的硬幣或者抽個陀螺就知道了。給陀螺一個初始的動能,它們就能旋轉一會兒,在這個過程中并不需要時時刻刻提供給它提供能量。雖然現實中的硬幣和陀螺并不會始終旋轉下去,但它們之所以會停下來原因有二:

首先,其底部的 接觸區有阻力,阻力越小它們就能旋轉得越久,簡單說在冰面上旋轉的陀螺就比在水泥地面上的時間更久

其次,就算其接觸面沒有阻力,選擇的硬幣和陀螺還會面臨 空氣阻力問題,最終旋轉的動能被這些阻力逐漸消耗,最終它們就會停下。

地球在太空中旋轉,就相當于在一個幾乎沒有的地方旋轉,理論上它可以無限旋轉下去,直到遇到足夠的阻力,才能讓它停下來。地球之所以旋轉了46億年的關鍵不在于46億年,因為一個已經轉起來的地球,保持自轉本身并不需要持續耗費動力或者能量。所以,地球為何能轉46億年的關鍵不在于46億年這麼漫長的時間,而在于它最初是怎麼轉起來的?

讓地球最初自轉起來的力來自哪里?

讓地球轉起來的動能,源自最初形成太陽系的星云,當星云向內塌縮形成恒星和行星時,這些恒星或者行星就會開始旋轉起來。實際上,太陽系中所有行星包括太陽本身都在自轉,只是各自轉速不同罷了。影響行星自轉速度的因素很多,比如行星初始形成的速度(更快的坍縮意味著更快的旋轉) ,以及隕石的撞擊,這即可能減慢行星的自轉也可能加速它的自轉。

對于地球來說,影響地球自轉速度的是它的衛星月亮,實際上在遠古時期地球的自轉速度比現在快得多,大約十幾億年前,地球18個小時就能轉一圈,現在則需要24小時才能轉一圈,原因就在于月亮,地球的轉動慣性正在轉移給月亮,并推動著月亮逐漸遠離地球。

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