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地球自转的能量是从哪里来的?地球悬在空中为何不会坠落?

 lsc白雪飘零 2022-04-26

你知道吗?地球的质量高达60万亿亿吨!

就是这么一个庞然大物,在太空中非但没有“掉”下去,反而还在不断自转,其中到底有什么奥秘?难道地球是一个永动机?

地球自转的能量从哪里来?地球会一直自转下去吗?

永动机的概念早在公元前1200年就已经被提出,到了13世纪,法国人亨内考尝试制造出了一台圆盘永动机,在给完初始能量后,圆盘就会沿着初始力的方向转动下去,一直到永恒。

但这个圆盘在几周后就停止了转动,后来各国工程师在永动机上折腾了好几百年,直到热力学定律诞生后,大家这才意识到,永动机根本不可能实现,那地球为什么可以自转46亿年,并且还能源源不断持续自转下去呢?这一切还得从宇宙起源说起。

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约138.2亿年前,一个奇点突然爆炸,接着宇宙中遍布氢元素和氦元素,在万有引力的作用下,氢和氦相互汇聚,当物质越聚越多,在温度和压力达到一定条件后,内部就会发生聚变反应,接着会出现更重的元素,重复以上步骤,直到铁元素的生成。

铁元素不断增加后,核心区域开始坍缩,超过临界点后轰然爆发,各种物质随着巨大的爆发作用力“冲”向更广袤的宇宙。

此时的太阳系一片混沌,大量星云碎片不断乱飞,99.86%质量的物质汇聚成了太阳,其余0.14%形成了地球、金星等星体和物质。

地球在形成过程中,不断遭受大小不一的星体撞击,这些星体都存在速度,当这些速度不断累积到一定程度,就会带动星体旋转,就跟咱们小时候玩的陀螺一样,鞭子只要不断抽打,陀螺就会一直旋转下去。

地球诞生约46亿年,如今依旧在自转,那么地球是否还会永恒自转下去?

从科学角度出发,地球将于未来某一天停止转动,地球初期一天只有几小时,到了寒武纪时期,一天约21小时,到现代2022年,一天约24小时,这些现象都在说明,地球的自转速度在变慢,我们之所以觉得地球自转速度没有变慢,是因为人类存在的时间太短暂了,满打满算可能也就几千年,单独来算,人的一生也才70~90年,所以我们误认为地球自转速度没有发生变化。

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地球自转速度为什么会变慢?

在国外节目《流言终结者》中,普通步枪在空气中的有效射程为300~500米,但在水下只有90厘米,差距之所以这么大的原因就在于阻力,空气的密度为1.29kg/m³,水的密度为1000kg/m³,所以子弹在水中所受到的阻力远超在空气中。

同理,很多人觉得,宇宙就是100%真空状态,其实并非如此,只是太空中的物质极其稀少,如果光考虑真空阻力,地球自转停下来所需要的时间为3000万亿年,到时候宇宙还不知道是否存在。

但根据科学家推测,地球在1000亿年后就会停止自转,其中得考虑到月球的潮汐作用力。

月球的潮汐作用使得月球会变相“锁住”地球的水,导致地球水的运动方向和地球自转的运动方向是相反的,再加上太阳的引力,多方结合之下,地球将在1000亿年后停止自转。

但太阳的寿命只有100亿年,扣去之前的46亿年,太阳即便在54亿年变成红巨星,不出意外,地球将会被太阳吞没,所以地球是撑不到自行停止转动的时候了。

简而言之,地球自转的速度来源于初期外太空轰击地球的物质,后受到摩擦、太阳引力、月球潮汐作用力等多方面因素而逐渐降低。

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重达60万亿亿吨的地球,为什么能“漂浮”在空中,而不是“掉落”下去?

我们朝天上扔一个鸡蛋,没过几秒,鸡蛋就会向下跌落到地面,从小学课本中我们得知,物体向下坠落,是因为受到了地球引力的影响。

但人类是否能突破地球引力呢?

答案肯定是可以的,最典型的是牛顿大炮实验,假设我们垂直地表向天空扔一颗小球,那么这颗球体就会受到地心引力的作用,它的速度会不断衰减,降到0之后就会在地心引力作用下朝地表坠落。

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假设我们朝天空发射一枚炮弹,如果要摆脱地心引力的影响,就要让炮弹的速度达到一个“暂时逃逸地球引力”的标准,所以后来研究发现,只要物体的速度达到第一宇宙速度,也就是7.9km/s时,炮弹就能脱离地球。

同时又因为地球是个球形天体,本身存在曲率,炮弹在向地球运动时,又会获得一个垂直于引力方向的切向速度,炮弹就会绕着地球不断旋转。

如果炮弹的速度达到了第二宇宙速度11.2km/s,它就能直接逃离地球引力的控制。

再把视角切回到地球上来,我们知道地球很大,但在太阳系,地球小的可怜,因为太阳的质量占据了整个太阳系的99.86%,它的质量高达2千亿亿亿吨,是地球质量的33万倍,所以地球会受到太阳引力的影响,或者说是“控制”。

按照道理来讲,如此恐怖质量的太阳,它的引力足以把地球给“吸”过去,然后“吞噬”,但地球却一直绕着太阳做公转运动,既没有靠近也没有疏远,似乎达到了某种平衡,因为地球在绕着太阳做公转运动时,本身存在很大的速度,地球在受到太阳引力的同时,还会有一个垂直于引力方向的切向速度,两种力量达到了平衡状态。

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在太空中是没有上下左右概念的,地球也并非固定漂浮在太空中,它在太阳引力的作用下会进行公转,所以要说地球为什么没有“坠落”,我认为是地球受太阳引力的影响,如果没有太阳,地球也会沿着速度的方向,在宇宙中飘荡,关键看速度,又因为地球质量很小,就算没有太阳,地球也很容易被其他大质量天体捕获,我们人类感觉不到地球的变化,归根结底是太渺小了。

当然也有一种较为简单直观的解释,在爱因斯坦相对论中,他将时间和空间统称为时空,他认为引力不存在的,出现引力现象的本质是大质量物体压弯了时空。

因为地球质量高达60万亿亿吨,所以地球将时空给向下压弯了,而月球则沿着弯曲时空的边缘在做运动,简称“测地线”。

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同理,地球绕着太阳在做运动,是因为太阳把时空给压弯了,地球则沿着测地线在做运动,总的来说,宇宙没有上下左右,天体的运动自然也谈不上“坠落”或“上升”,一切跟质量和速度有关。

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