日夜交替、斗转星移,在科技不发达的古代,人类以为是太阳这些天体在围绕着地球运动所导致的。

现在,人们都知道地球也在一刻不停转动,既在进行自转,又在绕着太阳做公转运动。

于是人们就会产生这样一个疑惑,数十亿年的时间一直在转,那它的动力究竟来自哪里呢?地球今后还会一直这样转下去吗?其能量不会耗尽吗?

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转动和角动量守恒

宇宙中有多少天体,那么就有多少天体在转动,而且绝不会存在没有不转动的天体。其转动的背后就是角动量的守恒。

没有地球,或者说没有整个太阳系之前,我们现在所处的宇宙区域只是星云物质。这些像尘埃一样的物质,因为重力的作用会慢慢聚集在一起。

而在这个过程中,星云物质本身也是在转动的,这个转动的量,便是初始角动量。其转动产生的能量分布相对均匀,哪怕聚合在一起的时候,转动的能量也不会被抵消。

于是,当尘埃类的物质逐渐聚合形成一个球体模样,它依旧在转动。当太阳系内的各个天体都形成的时候,它们依然在转动。

等到星系形成,地球一边自转一边绕着太阳公转,而太阳本身也在进行着更大范围的自转和公转。只不过我们本身处在地球上,所以从更大的范围感受不到这种转动。

转动本身,就是角动量的守恒。其转动产生的能量,可以理解为来自内部而不是外部施加的。而且,这一定律适应于宇宙内的所有天体。

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不管是哪种物质,都遵照角动量守恒定律在运动。如果你想刨根问底儿,思考初始的角动量又是来自哪里的,你可以想象一下宇宙的引力又是来自哪里的。

就是说,这些定律属于宇宙内的基本定律,它本身不会改变。人类虽然经过科技发展了解了背后的原理,但更深层次的原因,依然没有答案。

角动量守恒就像惯性、引力、日夜交替等现象输入自然界存在的亘古不变定律,而且也因为它的存在,让地球上的一些现象,也在它的基础上运转。

比如地球上四季的形成,由于自转轴指向了一个方向,而且这个又遵循着角动量守恒,所以四季出现的时间以及影响到区域,基本上永远固定。

地球也在“内卷”

地球处在真空环境中,转动不会有摩擦影响,所以从理论上说,只要它转起来,就永远不会停止,而且速度也应该是恒定的。

可实际的情况是,地球的角动量一直在变化,这也影响到了地球的自转速度。导致地球角动量变化的原因,是由于月球引力的影响。

月球本身也在转动,在绕着地球的过程中会产生潮汐效应。该效应最显著的特点,就是影响到地表江河湖海每天的潮起潮落。两个球体之间的极限“拉扯”,导致地球上液态水的涨落,消耗了角动量的能量。

而且这还仅仅是一个表面现象,在人类看不到的地壳内部,由于引力的作用也会出现运动或者隆起。只不过这个人类看不到,但它产生的消耗力,也在改变着地球自身的转速。

如果单单从这个角度去看,因为角动量被消耗的缘故,地球自转的速度应该越来越慢才是。可是现实的情况是,地球自转的速度既快过也慢过,现在有可能又在逐渐加快。

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这便有些奇怪了,地球又不赶时间,它干嘛要转这么快呢?难道转动在宇宙内也有指标,它需要“内卷”才能完成转动次数吗?

目前,推测导致地球自转改变的因素有以下几种。

第一种因素,推测跟地球的板块运动有关。地球本身的质量分布是不均衡的,这会影响到地球的质量更靠近中心,进而导致转速变慢。

因为从球体旋转的角度看,那些直径小的球体,由于质量更靠近中心区域,所以转动的速度会相对较快。地球的质量分布虽不均衡,但自身存在板块运动。

每次运动以地震的形式出现后,地球的质量就会向中心区域靠拢,这样一来,就能确保地球的自转速度越来越快。当然,由于板块运动并不固定,所以这对地球自转速度施加的影响,也不是均衡分布的。

第二种因素同样来自地球自身,有科学家推测,温室效应加剧导致两极的冰川持续融化,海平面在上升的同时,也引发了地球质量分布的变化。

这种情况下,绕着自转轴的转动惯量在变小,从而导致地球的自转越来越快。

现在,地球的自转周期是23小时56分04秒,也就是我们所说的一天时间。在地球刚刚诞生的时候,它自转的速度非常快,每经历一次日夜交替只要8个小时。

后来到了后期,地球的自转速度开始逐渐变慢。在恐龙时期,地球一天的时间为23.5个小时。从那时候至今,地球自转的时间又延长了30分钟。

也就是说,在长期的趋势下,地球自转的速度是在变慢的。但是根据科学家的研究,至少在最近的半个多世纪,地球自转的速度又加快了。

在科学家看来,这种变化,不过是长期变慢趋势下的短期波动。产生波动的因素,就是上面提到的两个因素。除此之外,科学家也提出了别的一些假说,比如太阳风的影响,也会影响到地球自转等等。

不过总的来看,多数科学家还是认为,地球自转速度的变化背后,还是以内在原因居多。

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至于对我们人类来说,虽然自转的快慢,会影响每天的时长,但由于这些变化过于微小,我们实际上也感受不到。

地球的自转,遵循着角动量守恒,而在它的内部,还蕴含着惊人的能量。

能量的产生和释放

不停的自转,会形成一个惯性离心力,这个能量有多大呢?如果将全世界的电能加在一起,这相当于全部电力的几亿倍。

如果我们从地表开始向下,越往地球的中心区域挺进,越是能感受到来自地心的热能。这一能量同样是惊人的,随着深度不断增加,温度也在跟着增加。

等到达地心近3000公里的地方,这一区域的温度将超过3700℃。如果再往地球的中心区域走,其温度将会达到更惊人的4500℃以上。

人类曾经进行深井钻探研究,目前所能达到的深度,也不过是区区万米左右。就人类的技术看,这已经达到了极限。可跟地球比起来,人类挖的这点深度,连地球的皮毛都没有触及到。

地球内部的温度为何这么高?主要原因是放射性元组的衰变所导致的。此外根据发电机理论,地球的一项能量补给来自太阳,另一种因素便是地球内部的固态和液态内核构成的发电机机制。

发电机机制构成了地球的磁场,同时又跟板块的结构有一定关联。不过,相关的发电机理论本身也是假说。虽然相关的理论研究,多年来提出了很多,但背后的很多作用机理依然是不清楚的。

“发电机”假说和磁场的形成

地球不是一个裸露的球体,而是有着一层有磁场形成的保护层,正因为后者的存在,才能帮助地球上的生命隔绝来自太空的任何威胁。地球的磁场是如何形成的,多年来也一直困扰着科学家。

根据以往的假说观点,有人认为地球的内部有一个巨大的磁体物质,它就像巨型的磁铁一样,最终让地球产生了磁场。也有人相信,地球内部存在强大的电流,这才使得磁场得以形成。

此外,还有放射性物质热量差异导致的电流形成磁场,以及电磁感应和旋磁效应等假说,每一种观点,都不能有效解释地球磁场产生的原因。

此后到上世纪40年代,发电机假说出现,并渐渐成为解释地球磁场产生的主流观点。该假说认为,地球的内部存在导电液体,它们流动的时候就会形成稳定的电流,之后又进一步促成了地球磁场的产生。

这一假说虽然很流行,但目前依然不能解释,发电机初始的能量是哪里来的。其次,初始磁场的诞生,同样也需要进一步研究和解释。

不过相对而言,发电机假说影响了现在的天文学研究。不光地球的磁场存在发电机效应,其他天体上磁场的形成和消失,也跟发电机有关。

比如跟地球朝夕相处的月球,它就不存在磁场了。而科学家相信,至少在15亿年前,月球上还是存在磁场的。后来月球内部的发电机逐步停止工作,所以就导致磁场慢慢消失了。

不光目前的月球没有磁场,就连与地球类似的火星和金星,同样也没有磁场。根据科学家的推断,火星产生磁场的发电机作用,至少在39亿年前就停止工作了。

同样金星也没有磁场,有人据此认为,这便是金星虽然和地球大小类似,却转的比较慢的原因。

结语

无论是地球的转动,还是内部能量的产生和释放,对人类来说,都难以与之抗衡。这种不可抗拒的能量,以恒定的姿态持续运转着,进一步构成了地球生机勃勃的基础。

对我们人类来说,研究地球本身,是为了能更好的适应环境。而了解背后的作用机理,也能进一步找到生命起源的秘密。

什么样的环境是适宜的,而适宜环境背后的支撑机制又是什么,对背后演化的构成了解的越多,人类的自我认知以及掌控未来的命运,就变得越稳固。