地球為何會自轉和公轉,牛頓沒找到答案,現代物理學家更無法回答

人類生存的世界,僅限於地球,作為太陽的恆星,地球始終進行著公轉與自轉,這也是現今婦孺皆知的常識性問題。可是不知道您有沒有想過?地球不停的公轉與自轉,究竟是從何處獲得的巨大的第一能量呢?這是天文學家一直以來都想破解的難題,甚至連牛頓也需要研究半生。如果您想知道,就讓小編來為您揭秘:

地球為何會自轉和公轉,牛頓沒找到答案,現代物理學家更無法回答

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地球是太陽系八大行星之一,按照距離太陽的由遠及近排序,應該屬於第三顆行星,他距離太陽約有1.5億公里左右。據天文科學家測定,地球的年齡大約在46億歲左右,並整整經歷了三個重要的演化階段。地球形成之始,是一個由熾熱液體物質組成的岩漿球,伴隨著時間的不斷推移,地球表面溫度的下降,固態的地核部分開始成型,最後逐漸演化出一層堅硬的岩石外殼,外殼又變成土壤,最終形成了現今豐富多彩的人類家園。

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作為太陽的“忠誠衛士”,地球無時無刻不在圍繞其進行公轉,地球公轉的週期為365.24219天,人類也因此而設定了“年”的歷法概念。地球除了公轉之外,本身還進行著自轉,自轉週期為23時56分4秒,是“日”概念的基本定義來源。正是因為有了地球的公轉,才令四季分明,也正是因為有了地球的自轉,我們才會看到晝夜交替現象的發生。不過值得一提的是,關於地球公轉理論的提出,還有一段悲情的科學故事。

在中世紀西方教宗的理念中,神是萬物的主宰,地球是宇宙的中心,日月星辰都要圍繞地球轉動,這也是當時天文學界著名的“地心說”理論。不過,天文學家哥白尼並不這樣認為,在此之前,他曾對天文星體進行了觀察與總結,並於40歲時出版了一本著作,名為《天體運行論》。該書內容最核心的主旨,就是首次提出了“日心說”,認為地球並非宇宙主宰,而是一個圍繞著太陽運動的行星。

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哥白尼的“日心說”,讓當時教宗顏面無存,為了維護“神”的崇高地位,教宗們不惜對《天體運行論》進行打壓, 1592年,意大利哲學家布魯諾被捕入獄,最終在羅馬鮮花廣場被當作“異端分子”活活燒死。直至1992年,地球的公轉已經成為科學定論,教宗才正式為布魯諾平反昭雪,承認這位偉大思想家的功績與獻身精神。

不過從現代天文角度來講,哥白尼提出的“日心說”,似乎也具有很大的狹隘性,因為在無窮的宇宙之中,太陽並不是核心天體,它同樣也有自己圍繞旋轉的對象——銀河系。

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近些年來,天文科學家對利用射電天文望遠鏡,對銀河系天體運動情況進行了觀察。在研究過程中,他們驚奇的發現,太陽圍繞銀河系中央旋轉一週的時間約為2億至2.5億年左右。從運行時間規律推算得知,如今我們所處的銀河系方位,剛好是地球已經轉動一週的位置。天文學家們還指出,在上一次太陽系位於該區域時,地球正好處於三疊紀時期,恐龍也是從此時開始逐漸誕生,併成為地球霸主的。

從三疊紀至侏羅紀時代,共持續了5500萬年,接著便到達了白堊紀,直至6500萬年前左右,恐龍才在地球上徹底消失,成為永久的歷史。著名的劍龍、禽龍以及南方巨獸龍,都是白堊紀時代早期的恐龍,而該時代地球所在的位置,正好處於銀河系的另一端。

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可是此時一個問題出現了,既然地球的公轉與自轉持續了億萬年,究竟是哪種神秘的力量,在一直維持它的運動呢?一直以來,歷代學者都對該問題進行過探究,但是各家說法不一,仍然處於激烈爭辯的狀態。

牛頓是著名的物理學家,他曾開創了現代物理學的基礎,並創下了“牛頓力學三定律”,是當之無愧的偉人。不過他卻在地球自轉與公轉的能量來源問題上徘徊良久,甚至到了晚年,牛頓開始崇拜“神”學,直言地球的轉動是被“神”狠狠踢了它一腳的緣故。當然,這種說法難免帶有一些自嘲的意思,根本無助於地球轉動之謎的揭開,一直是牛頓死後的遺憾。

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按照今天的主流說法來看,地球的自轉與公轉,完全是因為46億年前的一場大型天體演變。天文科學家認為,在幾百億年前,銀河系只是一團碩大的原始氣態星雲,內部是由氫氦物質組成的微小顆粒。在粒子之間的引力作用下,氣體本身開始運動,繼而帶動星雲快速旋轉,隨著角度量的不斷增加,越轉越快的粒子便開始向中心收縮凝聚,最終形成太陽,而附近其他高速旋轉的粒子也逐漸凝聚為各大行星,其中就包括地球。

角動量在物理學中的定義是,物體到原點的位移和動量相關的物理量,換句話說,一旦小型氣體粒子逐漸轉變成大型的固體(行星),則其本身的角動量將越來越大,根本無法自己停止下來。

地球形成之後,粒子的角動量並沒有因此而減弱,反而依靠慣性在不斷運動。值得一提的是,粒子的運動也會因為摩擦的緣故而減弱,但是宇宙本身為真空狀態,摩擦力幾乎為0,所以行星對宇宙基本不會產生做功,旋轉能量亦不會散失。這裡我們還要提到一個角動量守恆的定律,與上述能量守恆定律相同,角動量也遵循守恆定律,一旦外界對其沒有任何“束縛”,則地球就會一直轉下去,這就是地球自轉與公轉的最根本原因。

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如此說來,可能會有讀者提出疑問,地球的角動量究竟有多大?科學家計算出的數值約為2.138×10的29次方焦耳,根據2013年全人類所消耗的能量(5.7×10的20次方焦耳)來比較,人類如果將全部能量用於阻止地球轉動,則需要377072310年左右,這簡直是一個龐大到令人難以想象的數據。

不過還有部分專家提出過不同看法,認為地球的兩種轉動方式,很可能與太陽發出的太陽風有關。據科學表明,強大的太陽風確實存在著對地球的推動作用,但是否為地球轉動的主要原因,還需要進一步的考察與探究。不過小編相信,隨著現代科學技術的不斷髮展,人類對於地球的探索一定會更加深入,繼而揭開更多未解的秘密。

文瀾海潤工作室主編文秀才,本文撰寫:特約歷史撰稿人:常山趙子蟲


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