地球形成于大約 45 億年前。 地球從形成之日起,就開始自轉、公轉。 直到今天,地球仍在繼續旋轉。 那么,地球自轉的動力來源是什么呢? 未來地球會停止自轉嗎? 地球是永動機嗎?
要了解地球為何能夠繼續自轉,我們需要回到地球乃至整個太陽系的起源。 最初的太陽系沒有太陽,沒有主要行星和衛星,只有一團漂浮在太空中的塵埃和氣體。 在太陽星云附近,一顆大質量恒星爆炸成超新星,它釋放的沖擊波導致星云中心塌陷到太陽中。
當太陽形成時,它的引力繼續吸收星云,導致星云旋轉得越來越快,變得越來越平坦。 最終,大部分星云聚集在一起形成了太陽。 剩余的星云繼續繞太陽運行,形成原行星盤。 在原行星盤中什么是轉動定律,塵埃和氣體不斷碰撞形成星子,星子又在重力的影響下聚集形成包括地球在內的主要天體。
根據角動量守恒定律,原行星盤中的物質形成地球后,地球會繼承原來的角動量什么是轉動定律,因此地球會自轉和公轉。 除非物質的碰撞完全抵消地球形成時的旋轉角動量,否則地球不會旋轉。 但這種情況幾乎不可能發生,因為只要有一些擾動,地球的自轉角動量就不會為0。
正因為如此,宇宙中的天體才會旋轉。 至于那些被潮汐鎖定的天體,比如月球,并不是說那些天體不自轉,而是說它們的自轉和公轉是同步的。 同樣,地球也會公轉,否則它就會落入太陽之中。
太陽系主要天體形成后,大部分原始星云都被消耗殆盡。 在開闊的空間中,地球的自轉和公轉都不受阻力的影響,地球的角動量也不會被消耗,所以地球可以不停地自轉數十億年,并且未來還會繼續自轉。
然而,這并不意味著地球是一臺永動機。 熱力學第一定律和第二定律表明永動機是無法制造出來的。 地球雖然在不停地自轉,但它不對外做功,因此地球不是永動機。
另外,雖然太空中沒有阻力,但月球的潮汐力會導致地球的自轉速度越來越慢。 目前,地球自轉周期是45億年前的四倍。 再過一百億年,地球自轉周期將增加到目前的47倍。 此后,地球被潮汐鎖定,其自轉不再減慢。
未來只要太陽不毀滅地球,地球的自轉就不會停止。 但根據廣義相對論,地球和太陽的相互作用會持續輻射引力波。 時間長了,地球的角動量就會逐漸消耗,導致地球最終與太陽相撞,太陽已經變成了一顆黑矮星。