簡(jiǎn)單回答:因?yàn)闀r(shí)間還太短。
與地球上的陀螺幾分鐘就會(huì)停下來不同,地球的自轉(zhuǎn)受到的擾動(dòng)和阻力相對(duì)要小得多,地球從誕生起雖然已經(jīng)有46億年時(shí)間,但自轉(zhuǎn)的速度也沒減少多少。大概的數(shù)字,一晝夜的時(shí)長(zhǎng)會(huì)增加:1.7毫秒/世紀(jì)。(自轉(zhuǎn)的減慢意味著一天的時(shí)間變長(zhǎng)了。)
這個(gè)數(shù)字會(huì)使地球日每60000年增加一秒鐘,每400萬年增加一分鐘,十億年增加4小時(shí)。往回推算,當(dāng)6500萬到2.4億年前恐龍?jiān)诘厍蛏铣鰶]時(shí),一天的長(zhǎng)度是23小時(shí)。
一天23小時(shí),怪不得我覺得最近睡眠不足
大部分原因都要算在月亮頭上。
從地球海洋在45億年前形成開始,潮汐加速機(jī)制就開始運(yùn)作了。月球的引力在地球上產(chǎn)生了周期性的潮汐現(xiàn)象,潮汐力耗散地球的自轉(zhuǎn)能量,降低地球的旋轉(zhuǎn)速度,同時(shí)也導(dǎo)致月球正在以每年3.8cm的速度遠(yuǎn)離地球。啥?這說的啥?
打個(gè)比方。
想象一下,你的女神正騎在旋轉(zhuǎn)木馬上轉(zhuǎn)啊轉(zhuǎn),而你騎著一頭小驢在旋轉(zhuǎn)木馬外圍同方向追啊追,但無奈的是,女神轉(zhuǎn)得很快,而你的小驢有點(diǎn)慢。這時(shí)你手上碰巧有一條繩子,可以像牛仔一樣套住她的木馬,那么你的速度會(huì)提高,而旋轉(zhuǎn)木馬就會(huì)慢下來一點(diǎn),最終你和女神保持同步了。(也就是說一旦你的速度與木馬的速度相匹配,你的套索就無法再讓你提高速度了。)相當(dāng)于女神用愛發(fā)電,把她能量的一部分傳遞給你了。
你的小驢就是月球,旋轉(zhuǎn)木馬就是地球,而套索就是引力。我們知道,月球軌道升高是因?yàn)樵虑蛩俣鹊奶岣?,這就意味著地球自轉(zhuǎn)變慢,從而使得一天的時(shí)間變得更久。一旦一天的長(zhǎng)度等于一個(gè)月的長(zhǎng)度,潮汐加速機(jī)制就會(huì)停止。(如果以現(xiàn)在1天為約24小時(shí)計(jì),預(yù)計(jì)那個(gè)時(shí)候一天等于現(xiàn)在的47天。地月距離將增加到當(dāng)前的135%。) 這種狀態(tài),被稱為卡西尼狀態(tài)(Cassini states,1693年由著名科學(xué)家喬凡尼·多美尼科·卡西尼在1693年提出,對(duì),就是發(fā)現(xiàn)土星環(huán)上有縫兒的那個(gè)卡西尼)
N億年前,月球更近,使地球像芭蕾舞演員一樣旋轉(zhuǎn)著,雙臂緊貼身體。隨著時(shí)間的流逝,月球遠(yuǎn)離地球,地球開始減速,就像芭蕾舞演員伸出雙臂以減慢其旋轉(zhuǎn)一樣。
同樣的道理,隨著潮汐在全球范圍內(nèi)讓海洋產(chǎn)生移動(dòng),地球的慣性矩也隨之發(fā)生變化。為了保持角動(dòng)量守恒,固體地球會(huì)相應(yīng)地改變其旋轉(zhuǎn)速度。同時(shí),隨著潮流的減慢或加快,它們與固體地球不斷交換角動(dòng)量,這也會(huì)讓轉(zhuǎn)速改變(此處略)。
行星自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化是地球物理學(xué)的經(jīng)典話題。英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙多·哈雷爵士(Edmond Halley,就是那個(gè)“交大女生一回頭,哈雷彗星撞地球”的哈雷)在300年前就首次提出了月球在不斷加速的假設(shè)。我們現(xiàn)在知道,哈雷爵士發(fā)現(xiàn)的月球加速一大部分只是表面現(xiàn)象,背后是是地球自轉(zhuǎn)的減慢,使月球看起來速度更快了。
地質(zhì)和古生物學(xué)的證據(jù)顯示,在遙遠(yuǎn)的過去,地球自轉(zhuǎn)的比現(xiàn)在要快,月球也比現(xiàn)在更靠近地球。證據(jù)顯示3.7-6.2億年前,一天的長(zhǎng)度大約是22小時(shí),一年大概有400天。當(dāng)時(shí)月球遠(yuǎn)離地球平均速率是每年約2.2厘米。
珊瑚化石可以通過年輪推算幾億年前的日長(zhǎng)
下圖顯示了考古和古生物學(xué)的研究成果。綠色代表層疊巖(叫疊層石,是30多億年以來藍(lán)藻沉淀作用的產(chǎn)物),藍(lán)色代表潮汐韻律層(古代沉積化石記錄的潮汐周期),紅色代表貝殼及珊瑚化石。紫色為擬合曲線。
橫軸為距今的時(shí)間,單位MA百萬年
以上的古生物學(xué)證據(jù)顯示,在距今約4.25億年的志留紀(jì),每年有407天,即那時(shí)1天的長(zhǎng)度只合21世紀(jì)的21.5小時(shí),而在2.8億年前的二疊紀(jì)則為22.8小時(shí),平均計(jì)算每10萬年日長(zhǎng)增加2秒。從古代歷史的日食記載及近 200年日食觀測(cè)所推算的結(jié)果與此大致相同。
可見,地球自轉(zhuǎn)減速是相對(duì)勻速的,沒有太大的突變。
月球是最主要的原因,地月引力在過去數(shù)億年間減緩了地球的自轉(zhuǎn)速度,但是有些大事件,像是2004年印度洋地震(印尼海嘯),就使地球的轉(zhuǎn)動(dòng)加速了大約3微秒(地震往往使地球加速自轉(zhuǎn))。另外在冰河期后期,由于地球質(zhì)量分布的改變,為了保證角動(dòng)量守恒,轉(zhuǎn)動(dòng)速率也有所改變。
由于月球質(zhì)量相對(duì)地球來說相當(dāng)大,這對(duì)CP會(huì)越來像是一對(duì)雙行星。如果忽略其他效應(yīng),潮汐加速將一直持續(xù)下去,直到地球的自轉(zhuǎn)和月球的軌道周期相匹配為止。那時(shí)候,月球?qū)?huì)永遠(yuǎn)固定在地球上某一個(gè)國(guó)家的上方,就像冥王星與它最大的衛(wèi)星卡戎一樣。
冥王星-卡戎的質(zhì)心落在這兩個(gè)天體之外
可惜的是,地球自轉(zhuǎn)速度減緩得仍然太慢,慢到無論如何都等不到地月鎖定的那天了,因?yàn)槟菚r(shí)候地球早已經(jīng)廢了。
大約21億年后,不斷增強(qiáng)的太陽輻射將導(dǎo)致地球上海洋大量蒸發(fā),消除了大部分潮汐隆起引起的潮汐摩擦和潮汐加速。就算海洋能得以保全(潮汐加速和太陽質(zhì)量的損失也會(huì)讓地球遠(yuǎn)離太陽),30億年后銀河系會(huì)與仙女座的星系撞上,地球會(huì)不會(huì)受到傷害?就算沒什么傷害,45億年后成為紅巨星的太陽,也足以毀滅地球和月球,而那時(shí)地球的自轉(zhuǎn)仍然遠(yuǎn)未能減緩到一個(gè)月的長(zhǎng)度。
有人提到了太陽的潮汐作用。是的,太陽對(duì)地球也有和月球相似的潮汐鎖定的趨勢(shì)。即便它具有更大的引力場(chǎng),但月亮也由于靠近地球而對(duì)地球施加了更大的影響。所以從實(shí)際的潮汐觀測(cè)來看,太陽的潮汐大約是月球潮汐的一半左右,月亮明顯占據(jù)C位。如果實(shí)際來算一下的話,那就要用到如下公式:
ω是地球自轉(zhuǎn)頻率,a是軌道長(zhǎng)半軸,M是太陽質(zhì)量,I是地球慣性矩,R是地球半徑,G就是G,Q是品質(zhì)因子,k2是勒夫數(shù)。
看公式就頭痛星人的解釋:其它不用看,只要看到最后那個(gè)a的6次方就能大概看出來,潮汐鎖定時(shí)間與二個(gè)物體距離的六次方成正比。即距離變大12%,潮汐鎖定的時(shí)候就大概能翻個(gè)倍。所以距離的影響特別大。所以說,月亮才是地球自轉(zhuǎn)變慢的主謀,太陽是錢塘江大潮大案的幫兇。
粗略地算了一下,地月鎖定大概要一兩百億年左右,地日鎖定大概是五六百億年左右。而太陽作為一個(gè)黃矮星,壽命大概為一百億年,目前太陽大約50億歲,所以再過大約50億年,太陽內(nèi)部的氫元素將全部耗盡,太陽核心將發(fā)生坍縮,導(dǎo)致溫度高到不知道哪里去了,一派人間地獄的繁榮景象。這比鎖定來得早得太多了。
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