行星的自轉(zhuǎn)確實是一種慣性運動,這種自轉(zhuǎn)通常是在行星形成之初就已經(jīng)開始了,地球自然也不例外。要想知道地球為什么能自轉(zhuǎn)幾十億年,我們需要把眼光放到45億年前,從太陽系的形成開始講起。
在太陽系形成之前,我們所處的這一片太空是一個混沌的星云團(tuán)。前一顆超新星把一切都炸成了碎片,星云中間除了一顆叫做T Tauri的年輕星球之外,其它都是氫、氦和各種重元素碎屑。也許是附近另一顆超新星爆發(fā)產(chǎn)生的激波打破了太陽星云的平衡,使它旋轉(zhuǎn)起來,隨著星云開始加速,其角動量,重力和慣性將其平展成垂直于其旋轉(zhuǎn)軸的原行星盤。由于碰撞引起的小擾動和其他大型碎片的角動量產(chǎn)生了公里大小的原行星開始形成的方式,繞著星云中心運行。
星云的中間區(qū)域由于沒有太大的角動量,轉(zhuǎn)的不快,這里的物質(zhì)迅速向中心的T Tauri星坍塌,壓縮加熱直到氫氣開始核聚變成氦氣。經(jīng)過更多的收縮,T Tauri星的質(zhì)量變得越來越大,它巨大的質(zhì)量吸引了周圍越來越多的氫氣和塵埃,直到被點燃并演變成太陽。
那些靠近太陽又沒有被吞沒的行星,都是因為它公轉(zhuǎn)的速度足夠快,達(dá)到了角動量與引力的平衡。
關(guān)于太陽系中心重力造成整個星系物質(zhì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),其實我們在家里做一個簡單的實驗就容易理解角動量:當(dāng)你拔掉一個裝滿水的水池底部的塞子時,就會漸漸產(chǎn)生漩渦,越靠近中間,水下泄的速度越快,漩渦就會越大越急。
在太陽形成的同時,在星云重力的外部引起物質(zhì)凝聚在密度擾動和塵埃粒子周圍,其余的原行星盤開始分離成環(huán)。在一個稱為失控增生的過程中,許多較大的灰塵和碎片碎片聚集在一起形成行星。
行星之所以沒有隨中心氣體一起落入太陽,是因為它們有足夠的角動量。行星繞太陽做圓或橢圓的離心運動,在沒有外來作用力的情況下,行星會繼續(xù)保持它原有的公轉(zhuǎn)軌道。這符合牛頓第一定律。
(行星在原行星盤中形成)
行星的自轉(zhuǎn)是因為在行星形成之初的時候,位于行星環(huán)附近的塵埃和碎片各自擁有不同的角動量,當(dāng)這些碎屑聚集在一起時,它們的角動量差會推動行星向某一個方向做自轉(zhuǎn)運動。
一般認(rèn)為,地球在形成的初期,它的自轉(zhuǎn)速度要比今天快許多。直到一顆火星大小的星球撞擊到地球上,不僅將大量的碎片撞到距離地球4萬多公里的高空形成月球,其巨大的撞擊力還使地球自轉(zhuǎn)的速度減慢了下來。
(地球被撞擊過程的計算機(jī)模擬)
地球相對于太陽在大約24小時內(nèi)旋轉(zhuǎn)一次,但相對于其他遙遠(yuǎn)的恒星,地球自轉(zhuǎn)一周的時間是23小時56分4秒。我們的地球現(xiàn)在每一天都會比前一天更長,這意味著地球轉(zhuǎn)的越來越慢。只不過地球減慢的過程非常漫長,每過100年,地球自轉(zhuǎn)一周的時間會增加2.3毫秒,所以我們幾乎沒有感覺。
從天文學(xué)的角度,地球確實比以前轉(zhuǎn)得慢了,這主要是因為月球的影響。
月球繞地球旋轉(zhuǎn),它與地球之間的引力會造成地球大氣、海洋甚至地殼的潮汐運動。這種潮汐運動會輕微地改變地球自轉(zhuǎn)的角動量,從而減緩地球自轉(zhuǎn)的速度。
根據(jù)計算,在大約1.8億年后,地球上的一天將比現(xiàn)在長一個小時。