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地球已经转动了45亿年 它的动力来源是什么?

2020-12-18 04:10:01
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根据一系列的证据,地球的诞生时间可以追溯到45.4亿年前。数十亿年来,地球不断围绕着自转轴自转,同时还环绕太阳公转。那么,地球持续转动的动力来自于哪里?地球是永动机吗?

随着热力学第一和第二定律的相继确立,第一类和第二类永动机早就在科学上被否定掉,永动机不可能被制造出来,而且自然界中也没有永动机,所以地球肯定也不是永动机。那么,地球如何持续保持转动呢?

关于地球转动的动力来源,需要追溯到地球乃至太阳系的起源。早在46亿年之前,太阳系还未形成时,没有八大行星,也没有太阳,只有一团主要由氢和氦组成的星云。

在外界的干扰下,太阳星云的中心发生了引力坍缩,气体和尘埃不断落入中心。虽然星云看似杂乱无章,但组成粒子之间的互相碰撞不可能会恰好抵消掉,必然会在某个方向上产生净角动量,所以太阳星云会逐渐在那个方向上旋转起来。

随着太阳星云中心不断吸收物质,星云将会越转越快,这是因为角动量不会无端损失掉,始终是守恒的。由于角动量(L)是位置矢量(r)与动量(P)的叉积(L=r×P),转动半径变小,必然会导致转速变得越来越快。在生活中也有类似的现象,当滑冰运动员在原地旋转收起手臂时,自身的旋转速度会变得越来越快。

星云不但越转越快,而且还会变得越来越扁。这是因为旋转赤道面附近的星云转速最快,可以对抗引力作用,它们不容易落入中心。而在赤道面上下的星云转得较慢,它们将会逐渐落入赤道面和中心,使得太阳星云越来越扁平。

最终,大部分星云都被卷入中心,由此形成太阳。太阳的核心区域可以进行氢核聚变,源源不断产生能量,这会向外释放出强大的太阳风,阻止气体和尘埃落入其中。残余的星云环绕太阳运动,形成原行星盘,半径约为100天文单位。

在引力和电磁力的作用下,原行星盘中的气体和尘埃颗粒不断聚集起来形成大量的微行星,直径为数公里。微行星继承了星云的角动量,它们会继续环绕太阳运动。微行星之间又会不断发生碰撞,从而变得越来越大,直至最终形成了包括地球在内的行星。

地球形成之后,就有自转和公转。因为微行星的碰撞不可能刚好完全抵消自转角动量,使地球没有自转。而公转角动量更大,更是无法完全抵消掉。由于太空近乎真空,地球的自转和公转几乎不受阻力影响,使得地球的自转和公转角动量几乎不会因此而损失,所以地球可以一直自转和公转长达45亿年,未来还会继续转动下去。

不过,地球不是什么永动机,因为地球并没有对外做功。地球只是遵循了角动量守恒,这是主宰宇宙的物理学定律。

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