先说答案:因为时间还是不够长。理论上分析,只要时间足够长,地球终究会有停止转动的那一天。
很多人小时候都玩过陀螺,陀螺在光滑的地面上能转动好长时间,但转动几分钟后都会停下来。而地球就相当于超级大号的“陀螺”,在太空中转动。只不过由于太空近乎真空环境,加上地球质量很大,惯性自然也很大,所以能一直转动几十亿年,一直到今天。
很多人可能会想不通:再怎么转,也不可能一直转动46亿年吧?
实际上之所以有这种想法,根本原因还在于不知道地球质量到底有多大,不知道太空到底有多空。
地球直径大约12742公里,质量达到60万亿亿吨,我们很难直观感受到“60万亿亿吨”是一个什么概念。更重要的是,如此大的质量是在一个几乎真空的环境中转动,这就意味着太空中的阻力对地球转动的影响几乎可以忽略不计。
实际上,地球的自转速度确实在变慢,但变慢的主要原因并不是因为太空中极其微小的阻力,而是因为月亮的存在。科学家们发现,地球一天的时间在逐渐变长,大约每一个世纪变长1.7毫秒,也就是每400万年增加一分钟,那么恐龙时代的地球一天时间就只有大约23小时。
问题来了,月球是如何影响地球,让地球自转速度变慢的呢?
月球影响地球自转速度的元凶就在于“潮汐引力”,从月球诞生开始,潮汐引力就开始发挥作用了,让地球产生周期性的潮汐现象,这种现象会消耗地球的自转能量,从而让地球的自转速度变慢,同时也会导致地球逐渐远离地球,远离的速度大约每秒3.8厘米。
该如何理解月球对地球的潮汐引力呢?
主要是因为地球的海洋。具体来讲,月球与地球之间的引力,与月球对海洋产生的引力之间并不是一致的,两者会形成一个夹角,这就造成了月球对海洋引力的“延迟”,相当于月球的潮汐引力一直拉拽着地球海洋,这种现象就会让地球的自转逐渐慢下来。
地球自转速度变慢的同时,月球的轨道也会升高,月球逐渐远离地球。把地球和月球看做一个系统的话,在数十亿年前,月球更靠近地球,此时的地月系统就相当于一个紧收双臂的滑冰运动员。而如今随着月亮不断远离地球,地月系统就相当于一个张开双臂的滑冰运动员。
根据角动量守恒,张开双臂的滑冰运动员转动速度肯定会变慢,这种速度的变化在花样滑冰运动员比赛过程中屡见不鲜。
那么,地球自转一直在变慢,有没有确凿的证据呢?
当然有,根据地质学和古生物学的相关证据,在遥远的过去,月球确实距离地球更近,地球的自转速度也更快,在大约5亿年前,地球一天的时间只有大约22小时。同时,古代人类历史对日食的记载,与最近两百多年人类对日食的观测推算出来的结果基本相同。
当然,由于太空中不是只有地球和月球,还存在很多其他星球,比如说太阳。所以影响地球自转速度的不仅有太阳,还有月亮。
不过,对地球自转速度影响最大的是月亮,而不是太阳,因为虽然太阳质量比月亮大很多,但是太阳距离地球达到1.5亿公里,而月球距离地球只有38万公里,月亮距离地球更近,对地球自转速度的影响更大。
影响地球自转速度的还有其他原因,地球上一些大事件,像超级海啸,同样能影响地球自转。比如说发生在2004年的印度洋超级海啸,就使得地球自转速度快了大约3微秒。还有就是地球的冰河时期,由于地球质量分布发生了改变,为了保证角动量的守恒,地球的自转速度不得不做出相应变化。
那么,既然地球自转速度逐渐变慢,未来某天地球会不会完全停下来呢?
先说明一点,平时我们所讲的“月球围绕地球转”其实是不严谨的,因为作为卫星来讲,月球的质量显然太大了,月亮根本不像是地球的卫星,更像是地球的伴星。也就是说地球和卫星更像是一对双星系统。
这就意味着,如果暂不考虑其他因素的影响,月球的潮汐引力作用会一直存在,直到地球和月球来到一种平衡状态:月球的公转周期与地球的自转完全匹配。等到那个时候,月球就会永远漂浮在地球上某个固定点不动了,可能一直在中国上空,当然也可能在其他国家上空。这种结果就像是冥王星与卡戎的关系一样。
只不过要想达到这种状态需要极其漫长的时间,甚至直到太阳系灭亡,地球死亡,那一天也不会到来。
太阳在大约50亿年后就会膨胀为红巨星,届时太阳系会发生剧变,靠近太阳的水星和金星会被红巨星吞噬,而地球也会受到严重伤害。而银河系与仙女座星系也不消停,在大约35亿年之后就会发生碰撞,碰撞的结果是难以想象的,可能会直接导致地球和月球毁灭。所以太阳系根本等不到地球自转和月球公转同步的那一天。
这里有必要再拓展一下,刚才讲了,与月球一样,太阳同样会对地球有潮汐引力作用,太阳对地球的潮汐锁定也是未来的趋势。不过太阳的潮汐作用明显比月球的潮汐作用更弱,大约只相当于月球潮汐作用的一半。因此,月亮才是地球自转不断变慢的主要因素。
最后提一下,地球锁定月球,两者达到同步大约需要一百多亿年,而太阳锁定地球两者达到同步大约需要五百多亿年时间,不要太在意是如何计算出来的,有相关的计算公式,只是有些复杂,牵扯到很多物理量,这里就不再列举详述了。
而五百亿年的漫长时间,人类肯定等不到那一天,即便是太阳系也早就终结了。因为太阳的寿命也只有一百亿年左右,目前太阳已经50亿岁了,还有50亿年的时间,50亿年之后,太阳的内核会发生坍缩,最终沦为一颗白矮星。太阳都不见了,自然谈不上太阳对地球的锁定了。
完!
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