为什么地球会自转和公转(地球存在自转和公转的原因)
地球为什么会旋转?
地球诞生至今已有45亿年,地球一直在旋转,从未停歇,那么是什么力量在迫使它不停的旋转呢?这要从公转和自转这两个方面来回答。
万物皆在运动。力不是维持物体运动的原因,但却可以改变物体的运动状态。在合外力为0的情况下,物体总是保持静止或匀速直线运动,物体这种保持原有静止或者运动状态的性质被称之为惯性,我们通常用质量来度量。天体的质量越大,运动状态越难被改变。万物诞生于大爆炸,万物运动的初始动力也来源于此。
太阳的引力是维持地球公转的原因。太阳引力提供的向心力和地球惯性提供的离心力保持平衡,这使得地球不至于落向太阳或远离太阳,而是在一个固定的椭圆轨道绕太阳旋转。
地球保持自转状态不需要外力来维持。太空是真空,没有摩擦力,地球在太空中运动主要受太阳和月球引力的影响。几十亿年以来,太阳和月球的引力产生的潮汐作用就使地球的自转速度越来越慢。在10亿年前,地球上一天可能不到20小时。而物体保持转动状态不变的性质,可以用转动惯量来衡量。一个物体的转动惯量越大,其保持转动状态的能力也就越强。
那地球的旋转是怎么产生的呢?
其实,不管是地球的公转还是自转,产生旋转的根本原因就是转动惯性和角动量守恒。
至于角动量是如何产生的,这要从太阳系的起源说起。太阳系起源于星云,星云由大量的粒子构成,粒子总是在不停的运动,粒子之间在引力的相互作用下产生了力矩,于是便会产生角动量。星云质量分布不均匀,总角动量便不可能为0,于是整个星云体系便会发生旋转。星云在引力的作用下收缩形成恒星,新生恒星也会继承原星云的角动量,并且在收缩的过程中,随着半径的减小,由于角动量守恒,旋转速度便会加快。比如花样滑冰运动中,运动员就能通过调整自身姿态来控制旋转速度。
除了太阳是星云的产物,地球也是星云的产物。太阳诞生之后,余下的物质构成了太阳周围的行星,太阳系八大行星及其它小天体就是这样形成的。太阳系八大行星的轨道差不多都处于同一个平面,就是因为它们诞生之时都与太阳的自转处于同一个旋转盘。地球也是继承了来自星云以及太阳的角动量,于是也跟着旋转,除了天王星和金星以外,它们的自转方向与公转方向都完全一致,除非有力矩迫使它改变这种状态。刚刚说的天王星和金星就是因为有外部力量的干涉,才使它们的角动量发生了显著的变化。只要太阳存在,地球将永远旋转下去。
总结起来,地球之所以旋转,初始动力源于宇宙大爆炸,而引力的作用产生了角动量,于是便旋转了起来。
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