每天清晨拉开窗帘看见阳光,夜晚可以望见星空,我们早已习惯脚下的大地稳稳当当。其实,在宇宙里,地球不停旋转了46亿年。这46亿年里,潮起潮落,春去秋来,我们每天经历的白天黑夜,都离不开这场永不停止的转动。那么,到底是什么力量,让地球从诞生之初就停不下来?
46亿年前的宇宙,没有太阳系,只有一片漂浮在黑暗中的尘埃云。这片尘埃云冰冷又沉寂,不知道沉寂了多少个年头,突然有一天开始躁动。可能是远处恒星爆炸带来的冲击波,也可能是自身引力出现了微小波动,原本分散的尘埃和气体开始向中心聚拢。宇宙里有个简单的规律,旋转的物体体积越小,转速就会越快。
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这片尘埃云越聚越紧,范围慢慢缩小,原本几乎察觉不到的转动,渐渐变得越来越快,越来越有力。这片尘埃云并不是完美的对称体,不同区域的转动速度、方向都略有差别。地球的最初动力,源自星云坍缩的转动,这便是地球自转的起点。
地球不是一下子就长成现在的样子。厘米级的小颗粒,是最初的尘埃逐步凝聚而成,再慢慢变成公里级的微行星,然后是更大的天体胚胎,最后才凝聚成如今的地球。这个过程里,无数小天体在轨道上运行,彼此相遇、碰撞、合并。每个小天体都带着自己的转动能量,碰撞时有的能量相互抵消,有的则叠加在一起。
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无数小天体的转动能量,地球一并吸收殆尽,那些没被消耗掉的转动能量,最后都集中到了地球身上。就像滚雪球一样,地球越滚越大,不仅吸收了周围的物质,还把它们的转动能量一并收了过来。所以地球刚诞生时,自转速度比现在快多了,6到8小时的白昼黑夜,地球初生时曾拥有,相当于现在的一天抵得上过去的三天。
要是只有最初的动力,地球现在可能还在飞速旋转。但月球和太阳的存在,悄悄给地球踩了刹车。月球对地球的引力很特别,会让地球朝向月球的一面和背向月球的一面都产生轻微隆起。地球自转比月球公转快,地月连线前方,被甩出的是地球的隆起。月球对前方隆起的引力比后方大,就产生了一个反向的力量,慢慢减慢地球的自转速度。
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地球的自转速度,月球的引力正在缓慢减慢。科学家测量过,每年3.8厘米的距离增加,地月之间正在发生,地球的一天每世纪会变长1.7毫秒。别小看这1.7毫秒,46亿年累积下来,就把一天从6小时拉长到了24小时。太阳的引力也有类似作用,虽然只有月球的46%,但稳定的四季气候,太阳的潮汐力功不可没,能帮助稳定地球的自转轴,避免它大幅晃动,让四季变化保持规律。
地球内部的结构也在影响自转。地球核心是滚烫的铁镍物质,外层是液态的外核,内层是固态的内核,而地幔是坚硬的岩石层。外核和地幔的转动速度不一样,外核转得更快,地球磁场,由外核与地幔的差速旋转产生,保护我们免受宇宙射线的伤害。宇宙射线的伤害,地球磁场为我们阻挡。
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同时,这种转动差异还会通过电磁作用传递角动量,地幔的转动能量,地核通过电磁作用传递,一部分地核的转动能量会传递给地幔,再通过潮汐摩擦传递给月球。每天0.3到0.5度的转速差,地核与地幔存在着,地震学研究早已证实这一现象,这种内部的相互配合,让地球的自转一直保持稳定。
有时候会想,要是地球自转快一点,是不是每天的时间都会变得更紧凑?不过真要是回到6小时一天的时代,可能刚吃完早饭就得准备晚饭,反而没有足够的时间做想做的事,这样想来,现在24小时的节奏其实刚刚好。
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约45亿年前,一颗火星大小的天体撞上了原始地球。这场碰撞威力巨大,抛出的物质后来形成了月球,23.5度的自转轴倾斜,那场火星大小的碰撞造就。正是这个倾斜角度,让太阳光照在地球表面的角度随公转变化,四季的交替,依赖地球倾斜的自转轴。如果没有这场碰撞,地球可能像木星一样直立着公转,也就没有四季之分,生命的演化或许会是另一番景象。地球的角动量,微行星的碰撞不断补充,而这场大碰撞给地球的自转带来了关键影响。
很多人觉得宇宙里的一切都是必然的安排,但地球自转的形成,其实是偶然与规律共同作用的结果。没有星云坍缩的初始动力,没有微行星碰撞的能量积累,没有日月潮汐的精准调控,没有那场恰到好处的碰撞,地球可能不会有现在这样稳定的自转,更不会有适合生命生存的环境。潮汐摩擦的力量,地球的自转能量被消耗,却也让自转速度趋于稳定,这种平衡,正是生命繁衍的必要条件。
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