永動機是人們想象中的一種神奇的機器,它不需要外力的介入或者是只需要一個初始的能量,就可以持續(xù)不斷地做功,然而現(xiàn)在的我們都知道,由于能量守恒定律和熱力學(xué)定律的限制,這種永動機是不可能存在的。
現(xiàn)在問題就來了,如果不存在永動機,那為什么地球一直在自轉(zhuǎn)?能量來自于哪里呢?
要解釋這個問題就需要扯得比較遠了,話說我們的太陽系原本是一片巨大的星云,在大約50億年前,這片星云的引力平衡受到了外力的擾動,于是其中的物質(zhì)就開始向星云的引力中心聚集,并最終形成了我們現(xiàn)在所看到的太陽系。
想象一個裝滿了水的浴盆,當(dāng)我們把它底部的活塞拔掉時,這里面的水就會在整體上擁有一個角動量,從而形成一個螺旋形的水渦,那讓這些水轉(zhuǎn)動起來的能量來自哪里呢?答案就是地球的引力。
太陽系的形成過程也與之類似,因此可以說,地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的能量其實都是太陽系形成之初的角動量,其本質(zhì)就是形成太陽系的各種物質(zhì)引力勢能的釋放,而因為太空中的環(huán)境接近真空,地球所受到的阻力微乎其微,所以地球一旦轉(zhuǎn)動起來,就根本停不下來,這一轉(zhuǎn)就轉(zhuǎn)了40多億年。
所以地球的自轉(zhuǎn)其實是一種慣性的體現(xiàn),這種現(xiàn)象根本與永動機扯不上關(guān)系。需要注意的是,地球的自轉(zhuǎn)也不是想象中的那樣一直勻速地轉(zhuǎn)動,這是因為微乎其微的阻力并不等于沒有阻力,事實上,科學(xué)家早就注意到地球的自轉(zhuǎn)一直在減速。
最直接的證據(jù)就來自于現(xiàn)代精密儀器的直接測量,測量結(jié)果顯示,平均每一年地球的自轉(zhuǎn)時間就會增加大約17微秒。更多的證據(jù)則來自于地質(zhì)學(xué)和古生物學(xué),在潮汐現(xiàn)象的影響下,地球上的海岸線附近就會形成周期性的沉積物,地球上的生物也會因為晝夜交替的現(xiàn)象而表現(xiàn)出與之匹配的生長韻律,通過對遠古疊層石的研究,科學(xué)家就可以從中推斷出當(dāng)時地球的自轉(zhuǎn)速度。
上圖為相關(guān)研究所得出的結(jié)果,其中藍色的點代表沉積物記錄的潮汐規(guī)律,綠色的點代表藻類的沉積物、紅色的點代表珊瑚和貝殼的化石,紫色的線則為擬合曲線。從中我們可以看到,在過去的日子里,地球的自轉(zhuǎn)也是一直在減速,并且從總體上來看,這個減速的過程是比較均勻的。
相信大家一定會比較好奇,既然地球的自轉(zhuǎn)一直在減速,那未來的地球會停止轉(zhuǎn)動嗎?下面我們再來講一下。
在太陽系中對地球自轉(zhuǎn)影響最大的天體就是月球了,這主要分為兩個方面,第一方面是月球的潮汐力始終會讓地球?qū)χ虑虻倪@一面的物質(zhì)向著月球方向微微隆起,這就會對地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻力。
第二方面是月球一直在遠離地球(目前的觀測數(shù)據(jù)顯示,月球正在以每年大約3.8厘米的速度遠離地球),而根據(jù)地球角動量守恒定律,在這種情況下地球的自轉(zhuǎn)就會減速。順便講一下,芭蕾舞中有一個經(jīng)典的動作——“弗維泰轉(zhuǎn)",就是這種現(xiàn)象的完美體現(xiàn)。
除了月球以外,太陽對地球的自轉(zhuǎn)也有一定的影響,但這主要體現(xiàn)在潮汐力上,這就意味著,從理論上來講,未來的地球會在月球和太陽的影響下越轉(zhuǎn)越慢,直到被這兩個天體潮汐鎖定,只用固定的一面來對著這兩個天體。
然而即使被潮汐鎖定了,未來的地球也不會停止轉(zhuǎn)動,比如說現(xiàn)在的月球早已經(jīng)被地球潮汐鎖定了,但它還是在自轉(zhuǎn),只不過月球自轉(zhuǎn)一圈的時間剛好與它圍繞地球公轉(zhuǎn)一圈的時間相等。也就是說,如果地球被月球潮汐鎖定,地球上的一天就相當(dāng)于現(xiàn)在的一個月,而如果地球被太陽潮汐鎖定,地球上的一天就相當(dāng)于現(xiàn)在的一年。
需要指出的是,或許我們永遠看不到這樣情景,因為根據(jù)相關(guān)推算,月球要鎖定地球至少需要100億年,太陽則至少需要500億年,而太陽本身卻撐不了這么長的時間,在大約50億年后,太陽就會因為其核心的“燃料”耗盡而走向終結(jié),屆時的太陽系也將迎來巨變,或許地球在那個時候就會被膨脹的太陽所吞噬。
好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關(guān)注我們,我們下次再見`