地球是如何运动起来的

行星运动解谜 日出东起西落 日复一日 秋去春来 年复一年 近百年来 人们都想 知道地球它是究竟是怎样运动起来的 无论是公转还是自转 都蕴含着巨大的 能量 那么这巨大的能量是来自哪里呢 在现在的教科书中 对于地球的运动 也只是对地球运动参数及数据的讲解 至于它是如何运动起来的 并没有解释 众所周知 地球在一个椭圆形轨道上围绕太阳公转 同时又绕地轴自转 因为这种不停的公转和自转 地球上才有了昼夜交替和季节变化 地球的运动是在变化着 而且极不稳定 根据 古生物钟 的研究发现 地球自转速度在逐年变慢 如在 4 4 亿年的晚奥陶纪 地球公转一周要 412 天 到 4 2 亿年前的中志留纪 每年只有 400 天 3 7 亿年前的中泥盆纪 一年为 398 天 到了亿年前的晚石炭纪 每年约为 385 天 6500 万年前的白垩纪 每 年约为 376 天 而现在一年只有 365 25 天 据天体物理学的计算 证明了地球自转速度正在变慢 科学家将此现象解 释为是由于月球和太阳对地球的潮汐作用引起的 每天的潮起潮落都释放出巨 大的能量 无疑这种能量消耗是地球自转变慢的原因之一 事实上 潮汐只是一种现象 它消耗着地球自转与月球公转的能量 就地 球自转与月球的公转而言 它们之间相互是有影响的 地球自转给月球公转提 供了能量 降低了自身自转速度 原理其实也并不复杂 就是引力牵动引力 就像三相异步电动机的工作原理 旋转磁场带动转子运动 地球自转为月球公 转提供了一定的能量 一种作用力 但不是很大 效率很低 潮汐的现象只是 证明了这种力的存在 地球除了自转外 一边绕日公转 其公转也不是匀速运动 这是因为地球 公转的轨道是一椭圆 距离太阳最远点与最近点相差约 500 万千米 当地球从 远日点向近日点运动时 离太阳越近 受太阳引力的作用越强 运动速度越快 由近日点到远日点时则相反 运行速度减慢 地球的公转和自转是许多复杂运动的组合 而不是简单的线速或角速运动 她就像一个年老体弱的病人 一边时快时慢 摇摇摆摆地绕日运动着 一边又 颤颤巍巍地自己旋转着 地球还伴随太阳系一道围绕银河系运动 并随着银河 系在宇宙中飞驰 地球最初是如何运动起来的呢 这也许是当今人们最想知道的 地球运动 需要消耗能量吗 未来将如何运动下去 其自转速度会一直变慢吗 地球消耗 的能量又是从何而来 存在着所为第一推动力吗 这些都是好奇的人们最关心 的问题 牛顿的回答是上帝塑造了这完美的机制 科学的回答是否定的 在自然界中 任何事物的运动变化都要遵守自然规律 而这些运动变化是 在一定的时间范围内完成的 在地球的运动变化中 由于是在大时间范围内完 成的 因此 人类的认识似乎有些茫然 束手无策 其实 它也是遵守自然规 律的 在地球自转这个问题上 有些学者认为地球自转是因为太阳风引起的 从 太阳吹出的太阳风带动了地球自转 太阳风吹动地球转动是地球自转的第一推 动力 这里不在介绍它的原理 如果是这样 太阳自转又作何解释 它的第一 推动力又是什么 在宇宙中 一切星系的运动能量都源于宇宙大爆炸 地球的运动和其它所 有行星的运动能量 都源于宇宙大爆炸能量复杂转换的结果 关于宇宙大爆炸 它是超出我们研究知识范围的东西 我们人类可能永远无法了解和理解宇宙为 什么要爆炸 因为这个问题太深奥了 远远超出了我们的认识范围 这里不是 我们要讨论的话题 太阳系的形成太阳系的形成 自宇宙大爆炸以后 星际气体云向宇宙空间高速扩散 它的扩散速度要比 现在最高星系运动速度不知要高多少倍 请注意 这些星际气体云本身在大爆 炸就伴随着复杂的运动 这些复杂运动为未来星系形成及行星自身运动提供了 原始能量 大约一亿年后温度开始降低 原始的太阳系系统形成 这时的太阳 系仍然是高温的气体云 气体云之间伴有复杂的相互运动 在以后的时间里 太阳系里的物质开始进行引力收缩 即引力收缩的过程就是太阳系形成的过程 这是个漫长的时间过程 无论是它的过去和将来都是这个过程的一部分 在引 力收缩过程中 物质在向太阳中心运动的同时产生了旋转效应 这种效应最终 转换为行星围绕太阳转动 为了解释其中原理 我们做以下试验 1 取直径 1 米 高 1 米的圆桶 下面中心部位开直径 5 厘米的小孔 圆桶 装满沙土 打开圆桶孔 沙土开始往下流 圆桶里面的沙子出现一个漏 斗形状的凹坑 并没有任何旋转现象 2 取一直径 1 米高 1 米的圆桶 下面中心部位安有直径 5 厘米高 1 米的管 子 且尾部装有阀门 圆桶里面装满水 实验开始 打开阀门 让水尽 情往下流 这时你就会发现 圆桶里的水开始出现一个漩涡 这个漩涡 开始带动整个圆桶里的水旋转 而且越靠近中心旋转速度越高 当圆桶 里的水还剩下约 30 厘米的时候 水面上出现一个高速旋转的漩涡 漩涡 同时把空气一起吸入水里 3 取长一米左右的细绳子 一个 50 克左右的带环小球或其它小物体 用绳 子拴住小球 然后用手捏住绳子的另一头 抡起小球 让小球在空中旋 转 这时你的手会感到小球离心力的存在 旋转速度越高 离心力越大 如果你这时停止旋转 并伸出食指让绳子在食指上缠绕 绳子越来越短 旋转半径越来越小 这时你会看到小球在做加速运动 手指会在小球离 心力的作用下来回晃动 综合以上几种实验 我们可以得出这样的结论 沙子在向下漏时沙子之间存 在一定的摩擦力 沙子之间的运动方向相互制约 所以沙子在流动时不会有任 何旋转现象 径直向下漏 形成漏斗 水从漏斗中流出时则不同 水是流动的液体 水分子之间的摩擦力非常小 漏斗下面的管起着虹吸作用 将管内流动水能量的一部分传给了漏斗里面的水 这种能量最终转换为水的旋转 也就是说水旋转的能量来源就是虹吸作用 也 是水向下流动的能量 这就是向心加速度的原理 其中 向心加速度的效率与 物质间的摩擦系数成反比 摩擦系数越大 转化率越低 摩擦系数越小 转化 率越高 在我们生活当中这只是一个不起眼小现象 但在宇宙发展变化中是一 种独特的自然现象 星系形成 行星形成 恒星行星之间的运动及星体自转原 理 都是这一现象的结果 在我们这个自然界 还有一种现象和它非常相似 这就是龙卷风的形成 龙卷风形成原理也是这样 地面上的空气受太阳光辐射温度升高 受热空气密 度变小 而它上面则是一层密度大的冷空气 在一定时间里 这种结构僵持着 当达到一定条件 热空气找到冷空气的一个突破口 大量热空气开始上升 在 密度大的冷空气上形成一条通道 由于这条通道的虹吸作用 形成高速旋转的 气体流 气体分子之间的摩擦力比水分子之间的摩擦力更小 所以这种旋转速 度更快 气流被从四面八方吸入涡旋的底部 当这种运动达到地面时 使地面 产生旋转空气 旋转空气卷起地面大量灰尘杂物 形成一个庞大的灰尘体 龙 卷风经过的地方 摧毁建筑物 掀翻车辆 把大树连根拔起等现象 有时甚至把 人吸走 这就是龙卷风的形成 其实它也是向心加速的结果 它的能量来源就是 热空气上升的虹吸作用 在太阳形成的早期 太阳系中的物质向太阳中心收缩 在收缩过程中物质 产生了旋转效应 而太阳对物质吸引所产生的势能 最终转换为绕太阳转动的 能量 在这个转换过程中 物质绕太阳旋转中的能量 并不是单一自身能量转 换的结果 其中很大一部分能量来自于已经坠入太阳内部物质能量的转换 坠 入太阳内部的物质对未坠入的物质有加速作用 坠入太阳内的星体都是以高速 公转的方式坠入太阳的 在撞击太阳的那一刹 又为太阳的自转提供了非常强 的能量 这就是太阳自转的第一推动力 因此才形成了今天的天体系统 简单 地说 就今天的太阳系运动而言 太阳的自转及系内圈星体公转对于外圈的星 体均有加速作用 我们把它叫做 引力跟随 或 引力牵动 这种牵动运动为 外圈的星体公转提供了一定的能量 这一天体系统形成过程是一个漫长的过程 无论是它的过去还是未来 都 是这个过程的一部分 而人类历史又是那样的短暂 以至于我们对它了解过于 茫然 不知所措 其实它也是遵守自然规律的 只不过它发生在更长更大的时 间范围内 这套理论不仅能解释太阳系的形成过程 也可以解释其它行星的形成过程 及自转原理 甚至可以解释陨石的形成及自转原理 行星地球就是这样 也是 由星际气体云在引力收缩下形成的 地球也曾经历了物质三态变化 即气态 液体和固态 早期的地球也曾是一团炽热的气体 散发着光和热 在太阳系中也是 一个小太阳 随着宇宙的扩张 空间不断加大 温度变低 地球也由气态变为 液态 温度继续降低 地球表面形成固态 形成了地壳 地壳内部封存了大量 的热能 地球内部的热量其实就是宇宙大爆炸中残存的能量 根据有关资料介 绍 地球表面上 每下降 100 米温度上升 3 到 33 千米处 物质便是液态岩 浆 岩浆的熔点大约是 1000 也就证明了地下 33 千米处的温度是 1000 左 右 之所以产生这种温度阶梯 是因为地球本身不断向外散发热量的结果 地 壳热传导特性及地壳向外散发热能的速度 才在地壳不同深度部位产生了这种 温差 这也就说明现在地球仍然在向宇宙中散发着热量 早期地球也曾拥有许多卫星 只是这些卫星最终耗尽其生命能量 成为地 球的一部分 在它与地球结合过程中 将公转的能量传递给地球 这就是地球 自转能量来源 也是地球自转第一推动力 现在地球运动完全是惯性 由于太 空摩擦力极小 所以它一直在运行中 地球围绕太阳公转的平衡系统 自从牛顿的万有引力定律问世以后 人们才逐渐认识了天体的结构 知道 了地球公转轨道在太阳引力与地球公转离心力的平衡点上 即不坠入太阳也不 飞离太阳系 这一结果出来以后 让很多人感到很担心 担心地球一但失去平 衡将坠入太阳或飞离太阳系 这种担心也并不是没有道理 既然是在它的平衡 点上 它一但失去平衡会怎么样 如果受到一种向太阳方向的力 地球开始向 太阳方向运动 离太阳越近 地球受到的引力越大 加快了它向太阳方向运动 的速度 最终地球坠入太阳 成为太阳的一部分 反之 受到一种远离太阳方 向的力 地球向远离太阳方向运动 离太阳越远 受太阳引力越小 最终逃离 太阳系 以上的解释似乎很有道理 但是忽略了另一个因素 那就是地球的公转 是公转的离心力与太阳引力相互抵消才是地球公转轨道处在一个平衡点上 它 之所以处在这个轨道上 是因为太阳引力与地球公转离心力共同作用的结果 地球围绕太阳转动是一个固定轨道 相当于太阳来说处于一种失重状态 它悬浮在太空 处于地球公转产生的离心力与太阳引力的平衡点上 既不坠入 太阳也不飞出太阳系 也许你会说 如果有一颗小行星撞击地球 给地球加上 一种向内或向外的力 地球不就坠入太阳或者飞出太阳系了吗 在地球的历史上曾有无数的小行星撞击事件 经历了无数的浩劫 但它现 在仍然遨游在太空 这是因为地球公转轨道有它的平衡系统 这套平衡系统就是太阳对地球的 引力与地球公转的离心力 这两种力将地球锁定在这一轨道面上 它是由行星 公转速度及太阳对它的引力共同决定 平衡系统正是太阳对地球所产生的引力 引力与太阳到地球之间距离所产 生的势能 控制着地球公转的速度 如 地球公转速度加大 离心力变大 地 球公转向外扩展 公转半径变长 公转速度变慢 将公转能量转化为日地之间 的势能 反之 地球公转速度减小 离心力变小 地球公转向内收缩 公转半 径变短 公转速度加快 将日地之间的势能转化为公转能量 地球受外力攻击的五种情况 第一种 假如说有一颗小行星撞击地球 方向正对着太阳的方向 给地球 施加了一种向太阳方向运动的力 地球开始向太阳方向运动 这时的地球受到 了三种力作用 即撞击向太阳方向运动的力 太阳对地球的引力和地球公转力 这三种力作用的结果是地球向太阳方向并沿着轨道做加速运动 这种加速运动 达到一定程度时 地球公转已经运动到另一个角度 这时离心力大于太阳对地 球的引力 地球开始向远离太阳的方向运动 远离太阳方向的运动因为受到太 阳引力作用 运动速度会逐渐变慢 当达到一定程度时 离心力小于太阳引力 地球又开始向太阳方向运动 这种运动周而复返 使它的运动轨道变成随园行 第二种 如果是向外撞击 情况则刚好相反 地球向远离太阳的方向运动 受太阳引力的作用 运动速度逐渐减慢 当达到一定程度时 离心力小于太阳 对地球的引力 于是 地球又开始向太阳方向运动 第三种 对地球迎头撞击 是它受到减速作用 公转速度降低导致离心力 下降 轨道失衡受太阳引力作用边开始向太阳方向运动 这时太阳引力与地球 向太阳运动距离所产生的能量全部转化为公转能量 最后结果是地球运动轨道 变小 公转速度提高 如运动到金星轨道位置它的公转速度由原来的 29 78 千 米 每秒增加到 35 03 千米 每秒 迎头撞击在太阳系行星运动中属于逆转 据 研究分析 这种情况不存在 到目前为止 还没有发现这类星体 第四种 对地球追尾式撞击 是它受到加速作用 公转速度提高导致离心 力加强 轨道失衡开始向远离太阳方向运动 由于受太阳引力作用 动能转变 成势能 使它的公转速度降低 最后结果是地球运动轨道变大 公转速度降低 第五种 侧向撞击 就是将地球向轨道面以外的方向撞击 其结果是改变 地球轨道面 到目前为止 在太阳系中 还没有发现此类运动的星体 撞击只不过不同程度地改变了它的轨道参数 比如由正圆旋转变为随圆旋 转状态 对它整体运行并没有致命的影响 因此 太阳对地球引力就是地球的 平衡系统 也是地球的保护伞 在地球的历史年代上 曾有无数的小行星撞击 事件 但是它现在依然遨游太空 毫无疑问 太阳对地球的引力起了重要的平 衡作用 地球的未来 地球绕日运行的能量来自于早期太阳引力收缩能量复杂转换的结果 这种 绕日运行有没有能量消耗 长期以来 人们一直在关注这个问题 在天文自然世界里 有一种罕见的天象奇观 就是彗星的出现 它拖着一 条长长地尾巴 形状像扫帚 所以人们也叫它扫帚星 彗星尾巴是怎样形成的呢 长期以来 人们一直在关