旋转的地球
是什么力量驱使地球如此永不停息的运动--在围绕地轴自转同时,又在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转,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方式,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。原始云曾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,在气体层中凝结成固体颗粒、微行星、原始行星,最后形成了一个完整的太阳系天体。
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?如果有一种办法就是"角动量"。一个绕定点运动的物体,它的角动量就是质量乘以速度,在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。例如一个芭蕾舞蹈员,当它在旋转的时候把手臂收起来(质量与定点的距离变小)它的旋转速度就会自然而然的加快,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。
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,个个身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围绕太阳的公转、地月系统的互相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"古生物种"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,到了一年前的晚石炭纪,每年大约为385天,到了6500万年前的白垩纪,每年约为376天,而现在一年是365.25天。天体物理学的记却证明了地球的自转正在转慢。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。
由于人类发明了石英钟,便可以更准确的测量和记录时间。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变化;春季自传比较缓慢,秋季则加快。科学家认为,这种周期性变化的原因,与地球上大气与冰的季节性变化有关。另外,地球内部物质的运动,如沉重元素下沉、轻元素上浮,都会影响到地球的自转速度。
从此之外,地球公转也是不匀速的运动。地球公转的轨道是椭圆形的,最远点与最近点相交差大约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,速度也就变怏。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做圆锥状旋转。地轴的两端也不是始终指向天空中的某个方向,而是围绕着一点不规则的画圆。地轴指向的不规则,是地球运动造成的。
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,一边时快时慢的围绕太阳运动,一边颤颤巍巍的自转者。
地球还同太阳系一起围绕着银河系运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能在它行程时便开始了。
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,地球最初是怎样运动起来的呢?以后又将如何运动下去呢?它的自传速度会一直慢下去吗?
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,那么他是"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?这个问题现在都没有答案。
第一推动力到现在为止只是一种推断。牛顿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。后来他得出了结论:上帝设计并塑造了这样完美的宇宙运动机制,且给予了第一动力,使它们运动起来。这显然与现代科学格格不入。而对于第一推动累的科学解释,还有待于人类进一步的探索发现。
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