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旋转的地球

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  旋转的地球是什么力量驱使地球如此永不停息地运动——在围绕地轴自转的同时,又在一个椭圆形轨道上环绕太阳公转,带来昼夜交替和季节变化,使人类及万物繁衍生息?

  宇宙间的天体都在旋转,这是它们运动的一种基本形式,但要真正说明这个问题,首先要弄清楚地球和太阳系是如何形成的,因为地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。

  天文学家认为,太阳系是由古代的原始星云形成的。原始星云是非常稀薄的大片气体云,因受到某种扰动影响,再加上引力的作用而向中心收缩。经过漫长的演化,中心部分物质的气温越来越高,密度也越来越大,最后达到了可以引发热核反应的程度,从而演变成了太阳。太阳周围的残余气体,慢慢形成了一个旋转的盘状气体层,经过收缩、碰撞等复杂的过程,在气体层中凝聚成固体颗粒、微行星、原始行星,最后形成了一个完整的太阳系天体。

  牛顿像

  大家知道,如果要测量物体直线运动的快慢,应该用速度来表示,但是如何来衡量物体旋转的状况呢?有一种办法就是用“角动量”。一个绕定点转动的物体,它的角动量就是质量乘以速度,再乘以该物体与定点的距离。物理学中有一条非常重要的角动量守恒定律,说的是一个转动的物体只要不受外力作用,它的角动量就不会因物体形状的变化而发生变化。例如一个芭蕾舞演员,当他在旋转的时候突然把手臂收起来(质心与定点的距离变小),他的旋转速度就会自然而然地加快,因为这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中有非常重要的作用。

  地球绕日旋转图

  因为二者之间的引力作用,地球围绕太阳运行。

  原始星云原本就带有角动量,在形成太阳系之后,它的角动量仍然不会损失,但已经进行了重新分布,各个星体在漫长的演变过程中都从原始星云中得到了各自的角动量。由于角动量守恒,行星在收缩的过程中转速也将越来越快。地球也是这样,它获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转、地月系统的相互绕转以及地球的自转中。

  我们很容易产生错觉,常常以为地球的运动是匀速运动,否则每一日的长短也会改变。物理学家牛顿就这样认为,他把宇宙天体的运动看成是上好发条的钟,认为它们的运行准确无误。实际上,地球的运动也是在不断变化的,而且非常不稳定。有人研究“古生物钟”时发现,地球的自转速度逐年变慢。距今4.4亿年前的晚奥陶纪,地球公转一个周期需要412天;而到了4.2亿年前的中志留纪,每年只有400天;到了3.7亿年前的中泥盆纪,一年为398天;到了一亿年前的晚石炭纪,每年大约是385天;到了6500万年前的白垩纪,每年是376天;而现在一年是365.25天。天体物理学的计算证明了地球的自转正在变慢。科学家认为,产生这种现象的原因,是由于月球对地球潮汐作用的结果。

  最远星系的光需要150亿~200亿光年才能到达地球。

  由于人类发明了石英钟,便可以更准确地测量和记录时间。通过一系列观测和研究发现,在一年内,地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转比较缓慢,秋季则加快。科学家认为,这种周期性变化的原因,与地球上大气和冰的季节性变化有关。另外,地球内部物质的运动,如重元素下沉、轻元素上浮等,都会影响到地球的自转速度。

  除此之外,地球公转也不是匀速运动。地球公转的轨道是椭圆形的,最远点与最近点相差大约500万千米的距离。当地球由远日点向近日点运动,离太阳近的时候,受太阳引力的作用就会加强,速度也就变快。由近日点到远日点时则相反,地球的运行速度会减慢。

  另外,地球自转轴与公转轨道并不是垂直的,地轴也并不是稳定的,而是像陀螺一样在地球轨道面上作圆锥状旋转。地轴的两端也不是始终指向天空中的某一个方向,而是围绕着一点不规则地画圆。地轴指向的不规则,是地球运动所造成的。

  由此可知,地球的公转和自转包括了许多复杂的因素,并不只是简单的线速或角速运动。地球就像体衰的病人,一边时快时慢地围绕太阳运动,一边又颤颤巍巍地自转着。

  地球还同太阳系一起围绕银河系运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能在它形成时便开始了。

  地球仍然在运动着,它的加速、减速与太阳、月亮以及太阳系其他行星的引力有关。那么,地球最初是怎么运动起来的呢?以后又将如何运动下去呢?它的自转速度会一直慢下来吗?

  也许有人会问,地球运动是否需要能量呢?能量又从何而来?假如地球运动不需要消耗能量的话,那么它是“永动机”吗?地球最初是如何开始运动的呢?是否存在所谓的第一推动力呢?这些问题现在都还没有答案。

  第一推动力到现在为止只是一种推断。牛顿在发现了三大运动定律和万有引力定律之后,曾用他后半生的全部精力来研究和探索第一推动力。后来他得出了这样的结论:上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制,且给予了第一次动力,使它们运动起来。这显然与现代科学格格不入。而对于第一推动力的科学解释,还有待于人们进一步的探索发现。 彩色图解世界未解之谜

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