地球自转了45亿年,能量来自哪里?为何一直停不下来?

地球自转了45亿年,为何到现在还没有停下来?能量来自哪里?

首先我们说下能量来自哪里

这里说的能量肯定指的是动能或角动量,那么最初的角动量哪里来的?我们都知道在银河系中有很多活跃的恒星形成区域。而我们的太阳肯定也是众多恒星形成区域中不起眼的一部分。

上图就是我们的银河系,再众多旋臂上的亮点都是恒星形成区域,当然星系中心肯定是最活跃的,因为那里的引力扰动比较大!

恒星一般都诞生于一团分子云中,而最初的分子云是在三维空间中分布的,并不是一个圆盘,但也不是一个完美的均匀的球形,我们称其为三轴椭球体!在分子云内部原子、分子会不断地发生碰撞运动,整个巨大的分子云本身就自带一种缓慢旋转的内在属性。可能微乎其微我们根本无法观察到。

还有一种可能就是,两团分子云也会再引力的作用下形成一种潮汐力矩,并且互相靠近多方,这样也为最初的分子云团提供了内在动量。这是引力势能到动量的转化。很容理解吧。

而获得了动量的分子云,这个三轴椭球体在引力的作用下会在较短的轴上率先塌缩,啪!就像摊煎饼一样,一个形成圆盘就这样诞生了!我们都很了解一个物理定律,也是现实生后中常见的现象,那就是滑冰运动员,当它把胳膊收起来时,转速会加快,这就是动量守恒定律。

气体云的塌缩也一样,由于质量分布的集中,根据角动量守恒定律,此时的行星圆盘会旋转加速,这就是最初旋转能量的来源。

巨大的行星圆盘都转起来了,你还担心小小的地球不转吗?所以太阳系内的行星天体都带有同样的逆时针旋转的角动量,太阳也不例外。

现在说下为啥转了这么长时间为啥不停呢?

在我们日常生活中,转个陀螺,不一会自己就停了。这说明脱落损失了自己的角动量,从哪里损失的?肯定是与地面、空气的摩擦!

从这一点我们就知道为啥地球不停,因为根据能量守恒定律,能量是不会凭空消失,除非发生转移,地球在太空中那是几乎没有摩擦的,而且地球质量如此庞大,旋转惯性也很大,是很难停下来的。

你看,刚才我说了几乎!意思就是想表达地球其实在自转的过程中是由微小的摩擦力的。这就要说到月球了。

潮汐摩擦和角动量传递

地球实际上并没有以恒定的速度旋转,并且每个世纪以大约1.7毫秒的速度在逐渐降低。这似乎是微不足道的变化,但比较有趣的是,地球上古代的生物对一天的时间有不同的认识。

这一切始于45亿年前。在一颗火星大小的行星和原始地球发生了致命的碰撞之后,围绕着炽热的地球形成了熔融撞击碎片环。

经过漫长的岁月,碎片环聚结成了月球,当时月球到地球的距离约地球半径的三倍,刚好超过洛希极限。这是地球的一天仅有4个小时。

随着月球绕地球的运动,两个天体之间交换了角动量。月球的引力吸引海洋,形成了潮汐凸起,旋转更快的地球会受到海水与陆地的摩擦作用。由于这场引力的拉锯战,我们的行星自转就随着时间的推移减慢了。

地球失去的角动量被转移到月球,这一效应也使月球以每年3.8厘米的速度在远离地球。

如今,与背景恒星相比,地球绕其轴旋转一周大约需要23个小时56分钟4.09秒。这称为一个恒星日。目前,月球的平均距离为384,400公里,约为地球半径的60倍。这就是漫长岁月所带来的变化。

那么在10亿年内,月球距地球的距离会增加37,800公里,距离地球更远,而地球上的一天要增加4.72小时。当月球到达地球半径的80倍时,预计月球将停止其向外的螺旋运动。

最终,月球将每47天完成一个轨道,而地球每47天自转一周。当这种情况出现时,地球和月亮将被潮汐锁定。因此,在世界的某些地区,一个较小,较暗的月亮将永久地装饰在夜空(白天),而在另一侧只有星星。