“地球繞地軸自轉(zhuǎn)一周約 24 小時(shí),這份‘堅(jiān)持’已持續(xù) 46 億年,到底是什么力量在驅(qū)動(dòng)?是慣性嗎?”
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答案既簡(jiǎn)單又深刻 —— 地球長(zhǎng)期自轉(zhuǎn)的核心 “動(dòng)力”,正是慣性,但這背后還藏著宇宙環(huán)境的 “助力”,以及地球形成之初就攜帶的 “原始能量”。要弄清這件事,我們得從地球誕生的那一刻說起。
首先,地球的自轉(zhuǎn)源于 “原始角動(dòng)量” 的繼承。
46 億年前,太陽系還只是一片彌漫的星云(由氣體和塵埃組成)。在引力作用下,星云逐漸收縮、旋轉(zhuǎn),形成一個(gè)扁平的 “原行星盤”—— 就像花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員收緊手臂時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)得更快,星云收縮時(shí),旋轉(zhuǎn)速度也會(huì)因 “角動(dòng)量守恒” 而加快(角動(dòng)量是描述物體旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的物理量,在沒有外力干擾時(shí),角動(dòng)量總量保持不變)。
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地球正是在這樣的原行星盤中,由塵埃顆粒不斷碰撞、聚集形成的。在這個(gè)過程中,原行星盤的旋轉(zhuǎn) “賦予” 了地球初始的自轉(zhuǎn)狀態(tài),也就是 “原始角動(dòng)量”。而慣性的本質(zhì),是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性(牛頓第一定律)—— 地球一旦獲得了自轉(zhuǎn)的角動(dòng)量,在沒有外力阻礙的情況下,就會(huì)憑借慣性一直旋轉(zhuǎn)下去,這和我們甩動(dòng)繩子末端的小球,松手后小球會(huì)繼續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)的道理相似。
但有人會(huì)疑惑:“生活中物體運(yùn)動(dòng)總會(huì)受阻力停下,地球自轉(zhuǎn)為何沒被阻力抵消?” 這就需要提到宇宙的特殊環(huán)境 ——太空幾乎是真空的。地球在太空中自轉(zhuǎn)時(shí),周圍沒有空氣摩擦(大氣層隨地球一起自轉(zhuǎn),不會(huì)對(duì)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生明顯阻力),也沒有固體物質(zhì)的碰撞阻礙,只有極其微弱的 “外力干擾”,比如月球的潮汐力、太陽風(fēng)等。
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其中,月球?qū)Φ厍虻某毕κ亲钪饕?“減速因素”—— 月球引力會(huì)拉扯地球表面的海水,形成潮汐,而潮汐與海底的摩擦?xí)牡厍蜃赞D(zhuǎn)的角動(dòng)量,導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度緩慢減慢(每 100 年,地球自轉(zhuǎn)周期約增加 1.8 毫秒)。
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但這種減速極其微弱,對(duì)于 46 億年的時(shí)間尺度來說,幾乎不會(huì)影響地球 “持續(xù)自轉(zhuǎn)” 的大趨勢(shì)。換句話說,地球的慣性 “足夠強(qiáng)大”,能輕松對(duì)抗這些微弱阻力,維持自轉(zhuǎn)狀態(tài)。
這里要糾正一個(gè)常見誤區(qū):“地球自轉(zhuǎn)需要持續(xù)的‘動(dòng)力’推動(dòng)”。實(shí)際上,根據(jù)牛頓第一定律,物體在不受外力或合外力為零時(shí),會(huì)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可視為特殊的 “勻速圓周運(yùn)動(dòng)”,需角動(dòng)量守恒維持)。地球在太空中,所受的外力(如太陽引力)主要用于提供公轉(zhuǎn)的向心力,而非 “阻止自轉(zhuǎn)”;而微弱的阻力又不足以讓地球停止自轉(zhuǎn),因此憑借初始角動(dòng)量和慣性,就能持續(xù)旋轉(zhuǎn) 46 億年。
從本質(zhì)上看,地球的長(zhǎng)期自轉(zhuǎn),是 “角動(dòng)量守恒” 和 “太空低阻力環(huán)境” 共同作用的結(jié)果,而慣性是角動(dòng)量守恒的宏觀體現(xiàn) —— 正是因?yàn)槲矬w有慣性,角動(dòng)量才得以守恒,地球才不會(huì)無緣無故 “停下” 或 “加速”。這和前文提到的 “光速不變”“時(shí)空相對(duì)性” 一樣,都是宇宙基本物理規(guī)律的體現(xiàn),只不過前者描述的是天體運(yùn)動(dòng)的 “穩(wěn)定性”,后者揭示的是時(shí)空與速度的關(guān)系。
理解地球自轉(zhuǎn)的原理,能幫我們看清:宇宙中的天體運(yùn)動(dòng)并非 “神秘力量” 驅(qū)動(dòng),而是遵循著簡(jiǎn)潔的物理規(guī)律。從地球自轉(zhuǎn) 46 億年的 “堅(jiān)持”,到光穿越宇宙的 “瞬間”,這些現(xiàn)象背后,都藏著宇宙運(yùn)行的底層邏輯 —— 而探索這些邏輯,正是我們認(rèn)識(shí)宇宙的關(guān)鍵。
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