地球的晝夜交換是自轉(zhuǎn)所帶來的,還有潮汐也需要地球自轉(zhuǎn)配合,大氣環(huán)流、洋流等等,簡單的說生命的誕生和地球自轉(zhuǎn)是脫不開干系的,聽上去是壞事?但其實(shí)地球自轉(zhuǎn)對人類是在太重要了,不過科學(xué)家想要告訴各位的是,地球一開始就是自轉(zhuǎn)的,而且轉(zhuǎn)得還相當(dāng)快,正如大家所猜測的那樣,真是上帝推了它一把嗎?
太陽系的誕生
200多年前的拉普拉斯和康德就提出了星云說來解釋太陽系的成因,認(rèn)為太陽系形成與一片分子云的坍縮,當(dāng)然大量的物質(zhì)在坍縮中聚集在了中心,形成了今天的太陽,其余在盤面上的物質(zhì)則繼續(xù)形成了行星,盡管當(dāng)時(shí)還沒有系統(tǒng)的理論支持這個(gè)星云說,但無疑是相當(dāng)準(zhǔn)確的。
隨著后期恒星演化理論和后期系外行星的發(fā)現(xiàn),再有就是毫米波射電望遠(yuǎn)鏡觀測到了太陽系臨近星云中正在誕生的原始行星系,因此在星云說的框架上被大量精細(xì)化,當(dāng)然我們了解地球的自轉(zhuǎn)并不需要那么詳細(xì),下面簡單說明下太陽系的誕生。
形成太陽系的星云是受到了臨近超新星爆發(fā)的影響,形成了超密度區(qū)域(滿足金斯不穩(wěn)定性),證據(jù)是來自超新星爆發(fā)的短暫痛位數(shù)鐵-60的痕跡,它只能在超新星中形成!坍縮發(fā)生后,星云物質(zhì)在引力的作用下向中心坍縮,這里很關(guān)鍵,太陽系為什么會公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)就是這個(gè)原因。
為什么天體都會公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)?
天體在質(zhì)量形成時(shí)空彎曲(引力)的空間中運(yùn)動時(shí),它的軌跡遵循的是沿著測地線運(yùn)動,比如人造衛(wèi)星和航天器返航或者木星捕獲衛(wèi)星,遵循的軌跡都是側(cè)地線運(yùn)動,但有很多人會有疑問,既然遵循測地線運(yùn)動,為什么蘇梅克-列韋九彗星就掉入木星了?其實(shí)這很正常,要不然太陽是怎么長大的?
因?yàn)楹芏辔镔|(zhì)的測地線軌跡末端就掉入中心的天體了,但有一小部分的物質(zhì)的軌跡是繞著中心天體公轉(zhuǎn)的,但隨著中心質(zhì)量的增加,這個(gè)軌跡是會改變的,所以各位應(yīng)該慶幸,如果太陽的質(zhì)量無限制增加的話,地球也是要掉入太陽的哦!
太陽和行星的形成
這個(gè)測地線運(yùn)動帶來的太陽形成時(shí)的吸積盤自轉(zhuǎn),帶來兩個(gè)效應(yīng),一個(gè)是太陽自轉(zhuǎn),另一個(gè)是行星公轉(zhuǎn),因?yàn)樾行亲罱K將在這個(gè)盤面上誕生,所以它的公轉(zhuǎn)繼承自吸積盤的自轉(zhuǎn)!而它的形成過則是小型天體的碰撞加上吸積盤面上的渦流,最終也會走到和恒星吸積盤類似的機(jī)制,只是更多的是大量物質(zhì)已經(jīng)被恒星剝奪了,它們能形成更大的天體機(jī)會極其渺茫,而當(dāng)恒星開始發(fā)光以后,更是會將大量物質(zhì)都推離內(nèi)行星軌道
所以水星、金星、地球和火星都是光禿禿的巖石質(zhì)行星,而木星卻占了太陽發(fā)光后物質(zhì)被趕到此處的優(yōu)勢,開始大幅增加質(zhì)量。但無論哪個(gè)天體,吸積過程中積累了角動量,也就是吸積盤角動量守恒,這些角動量如果在沒有外力的作用下,它將一直保留下去。
所以上帝并沒有來推一把,而是最初的引力和宇宙中的規(guī)律所然。
地球自轉(zhuǎn)的減速
地球誕生早期轉(zhuǎn)速是比較高的,因?yàn)閺脑缙诘呢悮せL線上可以得到證明,但地球?yàn)槭裁磿p速?科學(xué)界一個(gè)自轉(zhuǎn)減速的和月球誕生相關(guān)的理由。關(guān)于月球的誕生,大意說的是在和地球同軌道的黃道面上,同時(shí)誕生了一顆叫做忒亞的行星,但兩顆行星無法永遠(yuǎn)呆在同一個(gè)軌道上,所以另一個(gè)地球的說法是不存在的,它們最終會因?yàn)楣D(zhuǎn)速度的不同步而相撞。
撞擊后的碎片形成了一個(gè)圍繞地球的環(huán),這有點(diǎn)類似行星剛誕生時(shí)的吸積盤,而這些位置在比較大塊狀的碎片為中心形成了一個(gè)新的天體,這就是今天的月球,但這個(gè)月球所在位置和地球之間距離是比較近的。這是造成后期地球自轉(zhuǎn)減速的原因
引潮力抬升月球軌道,降低地球自轉(zhuǎn)速度
這個(gè)可能不容易理解,但可以用示意圖很直觀來描述,大意是兩個(gè)天體的引力會將對方拉長,天體成了有長軸和短軸的橢球體,那么長軸上施加力明顯要比短軸力來得更容易些,這個(gè)效應(yīng)就是造成月球被潮汐鎖定,自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步的原因。
按月球?qū)Φ厍虻臏p速機(jī)制是一樣的,除此以外,地球還因?yàn)榇嬖诖髿夂Q螅虑蛞ν现@些流體,給地球又降速了一次,所以年長日久下,地球從早期的7-8個(gè)小時(shí)轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)一周,到現(xiàn)在24小時(shí)自轉(zhuǎn)一圈,整整慢了15-6個(gè)小時(shí),未來它將繼續(xù)減慢。
生命的誕生和各種循環(huán)機(jī)制
生命需要穩(wěn)定的環(huán)境,所以合適的晝夜交替非常關(guān)鍵,自轉(zhuǎn)太慢是寒冷的長夜和酷熱的白天,太快則根演化時(shí)間可能要明顯增加,盡管地球的生命誕生是非常偶然的,但這些偶然卻由更多的必然所導(dǎo)致,而地球自轉(zhuǎn)合適的速度,是非常關(guān)鍵的一環(huán)。
上文剛說明了潮汐的形成主要是月球引力引起的,當(dāng)然還有太陽,引力拖拽海水這是潮汐,也能和風(fēng)以及鹽度以及海水溫度的不一樣一起形成洋流運(yùn)動。而大氣環(huán)流主要是地球自轉(zhuǎn)形成的信風(fēng)和科里奧力形成的各種風(fēng)帶,還有大西洋上的颶風(fēng)和太平洋上的臺風(fēng)!當(dāng)然更關(guān)鍵的地球的磁場形成也和自轉(zhuǎn)有關(guān),這一切都是地球自轉(zhuǎn)和太陽輻射以及內(nèi)核的地質(zhì)運(yùn)動一起形成。地球上的大千世界,與地球自轉(zhuǎn)密不可分。