我們所賴以生存的家園——地球,是一顆蔚藍色的美麗星球。地球表面的71%是海洋,剩下29%才是陸地面積,并且原始生命起源于原始的海洋當中。
對于地球來說我們的生命只是非常微小的個體,所以從我們開始在這個地球上生存之后,我們的祖先便學會了怎么順應大自然的生存。實際上并非只有人類,大自然當中的動植物同樣是依托于大自然而生存的。
地球是我們賴以生存的家園
冥冥當中大自然也有著自己的運轉規則,生活在地球上的居民們別無選擇,只能順應自然規律來不斷地優化自己,以求在殘酷的自然環境當中順利繁衍生息,源源不斷。
但是我們要說的是,在我們的印象當中一直以來就是人類順應大自然生存,但是實際上在人類的科技能力逐漸發展的今天,人類的生活其實也給大自然帶來了很多影響。科學家表明,現如今人類活動影響地球的程度極大,且越來越廣泛,甚至就連地球的自轉速度都已經在人類的影響之下發生了變化。
人類活動甚至會對地球自轉產生影響
曾經有這樣一個笑話,一個小朋友跟另外一個小朋友說:“如果你想環游世界的時候你只需要在地球上不斷地跳就可以了,因為地球正在以一個很快的速度自轉著。”實際上這個小朋友只說對了一半。地球確實是在不斷地自轉著,但是我們人類生活在地面上,由于慣性的作用,我們是無法感覺到地球正在高速自轉的。
自轉指的是天體在不斷的圍繞著某條線為自轉軸不斷的旋轉。除了地球以外,太陽系當中所有的天體都在不斷自轉著,甚至包括太陽系當中的恒星——太陽,也在不斷地自轉。并且地球自轉的速度非常快,甚至高達每小時上千公里。
太陽也在不斷地自轉著
為什么地球正在不斷地自轉呢?這就要從天體的形成開始說起。在宇宙當中的天體形成的最初,一般都只是一團星云,太陽系形成的最初也只是一團星云物質。隨著星云不斷地旋轉收緊,星云當中的物質和灰塵慢慢的結合緊密了起來。但是由于慣性,形成的天體依然在不斷地旋轉著,這就是宇宙中天體會自轉的原因。
那么宇宙當中是否有不自轉的天體呢?事實上我們目前還沒有發現不自轉的天體。即使是黑洞和中子星也在不斷地自轉,甚至自轉的速度還非常快。可能有人會問,地球的衛星——月球是否會自轉呢?
人類想象中的星云
只要是關注天文科技方面新聞的人們就會發現,中國在2019年發射的嫦娥四號是人類歷史上第一個登錄月球背面的探測器。在此之前月球的背面我們始終沒有探索過,這是為什么呢?
這是因為月球的自轉幅度和地球的自轉幅度很相似,所以月球面對我們的始終只有一面。那么為什么星球會公轉呢?
在一個星系當中,不斷公轉的都是行星。這些天體之所以被稱之為行星,是因為它們在不斷地圍繞星系中間的恒星運動,看起來就像在不斷地“行走”。
嫦娥四號探測器模擬圖
行星會不斷公轉,是因為星系中央的恒星具有非常大的引力,而巨大的引力會吸引著行星圍繞著恒星運轉。值得一提的是,在我們的認知當中,地球的自轉和公轉運動都是極其穩定的。我們認為地球自轉一天是24小時,地球圍繞太陽公轉一周則是一年,也就是365天。
也是地球不斷地運動才給我們帶來了晝夜交替和春夏秋冬不斷輪換。但是實際上并不是這樣的,地球的運動根本不像我們的鐘表一樣穩定,地球時時刻刻發生著變化,而地球的自轉正在不斷地減慢。
地球的公轉和自轉模擬圖
在大概4.4億年前的晚奧陶紀,地球公轉一周的時間是412天。時間推移到4.2億年前的中志留紀,地球公轉一周的時間變成了400天。而現在地球運動的速度也一直在不斷地改變著。地球是一個非常龐大的生態系統,所以說影響地球自轉速度的原因有很多。
經過長期的觀測,科學家們認為在一年之內陸球的自轉存在忽快忽慢的變化。在地球處于春季的時候,自轉會逐漸地變慢,但是在秋季的時候,自轉的速度也會隨之加快。在科學家的長期觀測之下,他們又發現地球自轉的周期性變化和地球上的大氣層以及冰層的變化有關。
奧陶紀時期的地球公轉時間為412天/周
除此以外地球自轉還與地球內部物質的變化有關。比如說重元素的下沉,或者是巖漿噴發都會影響地球的自轉速度。
除了地球的自轉速度在不斷變化以外,地球的公轉也并非勻速運動。地球公轉的軌道并非是一個正圓形,而是橢圓形。地球的公轉軌道當中的最近點和最遠點相差約500萬千米。
所以說這也導致了當地球從遠日點向近日點移動的時候,距離太陽越近的時候,速度越快。但是從近日點慢慢距離太陽越遠的時候,地球受到的引力越來越小。
地球公轉的軌道并非一個正圓
所以說由于距離的變化導致引力的變化,是地球的公轉速度也在不斷地改變的主要原因。并且地球的自轉軸與公轉的軌道也并不垂直。所以說我們可以看出,地球的公轉和自轉都是多種因素組合的運動。
地軸在天空的運動軌跡也并不是一個圓周運動。地球的運動不止時快時慢,地球本身也是搖擺不定的。在地球不斷地自轉以及公轉之下,地球才有了周而復始的日出日落,潮汐變化以及氣候變化。
地球的自轉軸與公轉的軌道也并不垂直
那么既然我們知道了地球的自轉和公轉會持續不斷地受外界環境以及自身因素的影響,為什么說人類對地球自轉產生了很大的影響呢?這就要從地球的自轉軸開始說起。
為了更好地研究地球的自轉和公轉,我們假設地球是繞軸旋轉的,這個軸就是我們所說的“自轉軸”。根據科學家研究發現,地球繞軸自轉一周的時間是23小時56分4.09秒,但是為什么在我們的鐘表當中設定的一天是24小時呢?這是由于地球不但在不斷地自轉,也在不停地公轉。地球公轉一圈大概是365.242193天,也就是說平均每天地球都會在公轉軌道上前進不到1°的距離。
地球公轉一圈大概是365.242193天
由于地球正在不斷地前進著,所以每過一天,地球都要多花費四分鐘的時間才能讓太陽達到和前一天一樣的位置。所以說地球自轉的時間并不是以自己轉完一圈為參考點,而是以地球與太陽的位置為參考點的。所以說,雖然地球每天都要多走四分鐘,但是就算地球在不斷地前進,我們與太陽最初的位置是不變的。
雖然說地球一直以來都有著自己的規律,但是隨著人類社會開始工業化之后,地球本身也出現了很大的改變。
因為人類社會的發展本質上離不開對于生產力的要求。我們為了提高生產力發明了各種各樣的機械,也為了提高生產力開始逐漸學會利用大自然的饋贈——能源物質。
人類步入工業化社會之后地球也發生了很大的變化
隨著社會的慢慢發展,人類對于傳統能源的使用量越來越高,過多地開采傳統能源也給地球帶來了很大的影響。其實不只是過度的開采能源,人類所建設的水力發電站也給地球的自轉帶來了很大的影響。
水力發電是我們國家現在常用的一種解決電力缺乏的辦法,人類為了供給電源還發明了風力發電,核電站發電等等。但是相對來說,水力發電的優點顯而易見,水力發電兼容了穩定性和持續性,并且給環境帶來的污染也較小。在剛開始建設水電站的時候,我們都認為水力發電給環境帶來的影響并不大,但實際上并不是這樣的。
隨著水電站的數量逐漸密集,科學家們也逐漸發現了水利發電給環境帶來的弊端。
人類建造的水力發電站
因為水力發電的時間正在不斷的增加著,雖然我們人類不能親身感受到這種變化,但是我們所鋪設的機器卻敏銳的捕捉到了這種變化。這種變化就是地球的自轉速度。
首先我們要知道地球所擁有的整體動量是不變的,這屬于能量守恒定律,所以說一般來說如果地球的自轉速度加快了,也就說明地球的自身重量在不斷地減少。這也等于說地球的轉動慣量在不斷減小。
轉動慣量指的則是一個正在旋轉的物體的質量分布情況。假如說物體的質量分布出現了變化,那么物體的轉動慣量也會隨之發生變化。所以說地球自轉的慣量增加,也就代表著地球的質量分布更加靠近自轉軸了。
水力發電會在一定程度上影響地球的自轉速度
導致地球的自轉速度不斷增高的一個顯著因素就是地球的地核收縮。地球的質量為什么會向著地核中心靠攏呢?一方面是因為地球本身不斷地發生重元素下降,輕元素上升的反應,這也就是地球之上不斷發生的地震。另一方面則是人為導致的地球質量分布的改變。
有研究表明,地震正在不斷導致地球的質量分布更加靠近自轉軸。除此以外人為的因素也會改變地球的質量分布。雖然一個人并不能導致地球質量發生宏觀的改變,但是大量水力發電站的修建卻在很大程度上影響了地球的自轉。
因為在地球上大部分的河流原本都是流向赤道的,但是為了利用水所攜帶的勢能來進行發電,我們在高緯度的地球建設了水壩。
地核收縮也會造成地球的自轉速度不斷增高
水壩攔截的水的重量原本應該出現在遠離地球自轉軸的區域,卻因為人為的改變囤積在了靠近自轉軸的區域。所以說在這種情況下,地球的轉動慣量就會逐漸降低,導致了地球自轉的加速。
其實除此以外,近年來地球的全球變暖導致的冰川融化,海平面上升都會在一定程度上使得地球自轉逐漸加速。但是我們也可以得知,這次的地球加速并非天文方面的影響,影響地球的正是我們人類自身。
也有人說,如果地球加速遲遲不停止的話,可能人類世界的時間概念也會因此而發生改變。這樣才能保證我們的計時與地球的自轉一致。
冰川融化導致的海平面上升也會使地球自轉逐漸加速