解析地球自轉(zhuǎn)現(xiàn)象背后的科學(xué)成因

落基山脈上空的這條星軌顯示出北極星位于地球自轉(zhuǎn)的中心。AntonSokolovShutterstock

每24小時，地球完成一次完整的自轉(zhuǎn)，自西向東旋轉(zhuǎn)，這就是為什么太陽從東方升起、西方落下，以及夜晚的星星看起來會在天空中移動的原因。

地球繞著連接北極和南極的一條假想線旋轉(zhuǎn)，這條線被稱為自轉(zhuǎn)軸。自轉(zhuǎn)軸指向一顆明亮的恒星——北極星，在北半球晴朗的夜晚可以看到它。

但地球最初為什么會自轉(zhuǎn)呢？如果它突然停止自轉(zhuǎn)，會發(fā)生什么呢？

為了理解其中的原因，讓我們看看能從太空中的其他天體學(xué)到什么。

太陽系里的所有事物都在旋轉(zhuǎn)

太陽大約每27天繞其軸自轉(zhuǎn)一周。地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周需要365天6小時9分鐘。

太陽會自轉(zhuǎn)。事實(shí)上，它的自轉(zhuǎn)方向與地球相同，是逆時針方向。

不僅如此，地球和大多數(shù)其他行星以及超過一百萬顆小行星和矮行星一樣，都沿著同一方向繞太陽運(yùn)行。

木星和土星的自轉(zhuǎn)速度比地球快得多，自轉(zhuǎn)一周只需要大約10小時。土星的自轉(zhuǎn)軸略有傾斜，因此我們能隨著時間的推移看到其光環(huán)的不同視角。

有兩個例外：天王星和金星。天王星傾斜得非常厲害，幾乎是側(cè)著自轉(zhuǎn)的。沒人確切知道它是如何或?yàn)楹巫兂蛇@樣的。也許它曾與另一顆行星相撞。金星也很奇特——它順時針自轉(zhuǎn)。

我們不確定它是原本就那樣形成的還是被撞翻的。現(xiàn)在大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，隨著時間的推移，太陽和金星濃厚大氣層產(chǎn)生的潮汐力逆轉(zhuǎn)了它的自轉(zhuǎn)方向。金星和天王星都以所謂的逆行方式自轉(zhuǎn)，也就是與太陽的自轉(zhuǎn)方向相反。

所有這些讓像我這樣的天文學(xué)家不禁思考：太陽系的形成方式中，是否有某種因素預(yù)先決定了那種自旋方向？

恒星誕生并緩慢旋轉(zhuǎn)

這張年輕恒星繪架座β星的合成圖像，其溫度約為2192華氏度（1200攝氏度），天文學(xué)家認(rèn)為這可能就是我們太陽系誕生時的樣子。ESOA。M。拉格朗日等人NASA

為了獲取更多線索，我們可以觀察一顆年輕的恒星，一顆正在形成其行星系統(tǒng)的恒星。

其中一個著名的例子是繪架座β星。它被一個由塵埃、氣體和被稱為星子的微小物質(zhì)組成的薄盤環(huán)繞，這些星子的大小從沙粒、大塊巖石到山脈大小的物體不等。天文學(xué)家相當(dāng)確定，這個盤是由該恒星誕生時遺留下來的物質(zhì)形成的，該恒星誕生于2000萬年前。

每一顆恒星都誕生于一團(tuán)氣體和塵埃云，這團(tuán)云在太空中運(yùn)動，周圍環(huán)繞著其他類似的云團(tuán)。引力會導(dǎo)致這些云團(tuán)在相互經(jīng)過時彼此牽引，從而使它們緩慢旋轉(zhuǎn)。

即使這些云團(tuán)中的一個坍縮形成恒星，它仍會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。恒星形成后，在一個由旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃組成的扁平圓盤（稱為原行星盤）的中心旋轉(zhuǎn)。所有這些——恒星、氣體、塵埃——都以相同的方向旋轉(zhuǎn)。

天文學(xué)家認(rèn)為，我們的太陽系在早期與繪架座β星系統(tǒng)非常相似。

我們認(rèn)為，在星盤內(nèi)部，氣體和塵埃會通過一種叫做吸積的過程聚集在一起。當(dāng)一顆行星胚胎開始形成時，它會變得越來越重，其引力會吸引越來越多的小碎片。

當(dāng)新生行星的質(zhì)量足夠大時，重力會開始擠壓它，使其密度變得更大。由于重力的作用，行星旋轉(zhuǎn)得更快，就像滑冰者收攏手臂來加速旋轉(zhuǎn)一樣。

核心壓力升高導(dǎo)致核心熔化。密度較大的物質(zhì)向核心下沉，密度較小的物質(zhì)則浮到行星表面。最終形成的行星擁有一個被巖石包圍的鐵核，外緣可能還有水和冰。

這就是我們在太陽系中看到的景象。

如果地球不轉(zhuǎn)動會發(fā)生什么？

地球的自轉(zhuǎn)為生命所必需，主要因?yàn)樗a(chǎn)生了晝夜交替。水星自轉(zhuǎn)非常緩慢，其溫度變化極大。白天溫度最高可達(dá)800華氏度（430攝氏度），夜晚則會驟降至零下279華氏度（零下173攝氏度）。

它對海洋潮汐也很重要。如果沒有海水每日的漲落，地球上的生命可能永遠(yuǎn)不會從海洋走向陸地。

所以，天文學(xué)家認(rèn)為地球自轉(zhuǎn)是因?yàn)榈厍蛐纬蓵r整個太陽系已經(jīng)在旋轉(zhuǎn)了。但關(guān)于行星的自轉(zhuǎn)如何隨時間變化，以及自轉(zhuǎn)如何影響生命的演化，仍然存在很多問題。

隨著太陽系外已發(fā)現(xiàn)的行星數(shù)量超過五千顆，未來的科學(xué)家們將忙于探索。

塞拉斯萊科克博士是一位天文學(xué)教授。他研究脈沖星、黑洞、雙星、X射線、高能輻射、光學(xué)光譜學(xué)和自適應(yīng)光學(xué)。

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相關(guān)知識

地球是太陽系中唯一已知孕育生命的行星，是人類與萬千生物的共同家園。它呈藍(lán)色，表面約71％被水覆蓋，有大氣層庇護(hù)生命。地球自轉(zhuǎn)形成晝夜，公轉(zhuǎn)產(chǎn)生四季，復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)支撐著萬物的生存與演化，是我們賴以生存的唯一家園。

BY: Silas Laycock

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://science.howstuffworks.com/why-does-earth-spin.htm

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