地球已经自转了46亿年,为什么还没有停下来?

宇宙时空探索 2024-12-21 15:45:29

自地球诞生以来,她像个芭蕾舞者,在宇宙舞台上持续旋转,跳起了时间的圆舞曲,至今已46亿年。人们常常疑问:地球为何能持续旋转,46亿年的时长何以不曾停歇?

答案或许让人吃惊:时光尚未足够长久!

什么?46亿年尚不足够?

确实,对于人类而言,46亿年似乎是无尽的跨度,但在宇宙尺度上,这不过是微小的一瞬间。

在我们周遭,转动的物品随处可见,譬如孩子们手握的陀螺。

陀螺在持续旋转数分钟后,便会停下,因为摩擦和风的阻力作用。

那地球在旋转时,是否也面临阻力呢?

的确如此,太空并非是完全的真空状态。但地球旋转过程中所受的阻力微乎其微,特别是与地球庞大的质量相比,几乎可以忽略不计。

即便地球已旋转46亿年,其速度的减缓几乎难以觉察。

据测算,每过一百年,地球自转一圈的时间仅慢了1.7毫秒(1秒等于1000毫秒)。

也就是说,地球的一天,正悄然延长,但其速度缓慢至人类根本无法感知。

若按此速度,六万年才减慢1秒,十亿年才减慢4小时。恐龙在地球上漫步的2.4亿年前,一天约为23小时。

那么,最关键的疑问来了:是什么让地球自转变慢呢?

并非太空中的微弱阻力,而是月亮的引力所致!

简而言之,就是“潮汐引力”的魔力。

月球对地球施加的潮汐引力,逐渐降低了地球的旋转速度。

地球形成后不久,海洋开始覆盖地表,月球的潮汐引力随之发挥作用。

月球的引力引发了地球表面周期性的潮汐现象,不断吸收地球自转的能量,使得地球的自转速度不断减缓。

同时,这一潮汐作用也在推动月球每年约3.8厘米的速度远离地球。

为何如此呢?

只需一个浅显的例子便可了解。

设想你正骑着真马追随旋转木马上的女神,旋转木马的速度远超真马。你期望能与女神并肩而行,于是她扔来一根绳子,真马被木马拖拽,速度逐渐匹配,最终同步。

此时,真马无法再从木马处获取能量。

在故事中,你骑的真马即月亮,旋转木马即地球,而女神扔出的绳子,便是引力。

事实上,在地球与月球间也存在一条看不见的引力绳索。

自地月系统形成以来,地球便一直拽着月球飞奔,致使月球速度不断提升,并逐渐远离地球。

速度加快意味着月球轨道提升,与地球距离渐远,地球自转速度亦随之减缓。

一旦地球的昼夜时间等同于一个月,潮汐加速现象便会停止。

预计届时的一天相当于现今的47天,地球与月球达到一种被称为卡西尼状态的平衡。

还不能理解吗?

无妨,换个比喻。地球与月球犹如一对花样滑冰舞者。

花样滑冰舞者在表演时,会通过张开或收紧双臂改变旋转速度。

为何会如此?是因为角动量守恒。

地球与月球系统一开始像紧贴身体的花样滑冰舞者,随着月球逐渐远离地球,地球自转速度减慢,犹如逐渐张开双臂的舞者。

月球对地球的潮汐引力使得海洋流动,导致地球的惯性矩发生改变。

遵循角动量守恒,地球(固体地球)的自转速度会相应调整。

海洋与地球(固体地球)之间持续交换角动量,共同塑造着地球的自转速度。

那么,月球是否是影响地球自转速度的唯一因素?

并非如此,尽管月球的影响最大,还有其他因素存在,例如地球的超级海啸。例如2004年的印尼超级海啸就使得地球自转加速了约3微秒,但这种影响在地球的长河历史中几乎可以忽略不计。

地球自转会不会最终停止呢?

我们需要澄清一个观念,通常所说的“月球绕地球转”并不精确,因为月球作为卫星的质量过大,地球与月球更像是双星系统,彼此围绕中心旋转。

理论上,月球对地球的潮汐引力作用将一直持续,直到遥远的未来,月球的轨道周期与地球自转周期同步,月球将完全被地球锁定,静止于地球某处上空。

然而,我们可能永远无法见证这一幕,因为所需时间太过漫长,甚至当太阳膨胀为红巨星,吞噬水星、金星乃至地球时,这一幕仍未上演。

科学家推测,地球锁定月球需时约两百亿年。不仅如此,太阳也在慢慢锁定地球,这需要更加漫长的时间,或许需要五百亿年。

试想五百亿年后的情景……

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