除了战斗机的时速每小时能达到1600公里以上,你知道咱地球的自转速度竟然也高达1670公里吗?地球转得这么快,为什么我们毫无感觉?地球自转不会对我们的生活造成影响吗?地球自转的动力又是来自哪里呢?
其实要理解这个问题我们要谈到一个知识点,参照系。参照系是描述运动的观察者所选择的参照物。当我们说地球自转速度是1670公里每小时时,这个速度是相对于地球上的一个点,比如地球中心或者北极点。
而我们平时所感受到的运动都是相对于地球表面的,因为我们自身也在地球上。在这个参照系下,我们和地球表面是同样在旋转的,所以并不会感觉到地球的自转。简单的说,就是地球在转,我们也在跟着转。
这就像我们坐在车上,如果车以恒定速度行驶,我们就不会感觉到运动,只有当车加速或减速时,我们才会感觉到惯性力。同理,如果地球突然停止或改变自转速度,我们也会感受到强烈的惯性力,甚至被“甩出地球”。
这可不是开玩笑,汽车急刹车都遇到过吧,60公里一脚刹车踩下去,你就能被安全带勒得生疼,这可是才60公里。1600公里转速的地球来一脚急刹,先不说地球没有安全带,就算是有这安全带,人体也遭不住。这时候就不是“我在遥望,月亮之上”,而是“我在飞往,月亮之上”了。
不过地球自转的速度虽然很快,但是相对于地球的大小来说,却很小。地球的周长约为4万公里,所以赤道处每小时转动1670公里,相当于每秒转动0.46公里,或者每毫秒转动0.46米。这个角速度很小,只有每小时15度,或者每秒0.0042度。因此,我们很难察觉到地球自转的角度变化。
既然察觉不到,那么地球自转还对我们的生活有影响吗?
虽然我们感觉不到地球的自转,但它却在悄悄地影响着我们的生活。从速度的感觉上,地球的自转虽然好像没啥大不了的,但实际上,地球的自转对我们的气候和环境产生了巨大的影响。
咱们每天太阳月亮换班,就是地球自转导致了日夜的交替。如果地球突然停止自转,地球上99.9的生命就迎来了灭顶之灾。这一停,咱地球上的气候变化和生态系统将在极短的时间内崩溃。
一半的地球将永远处于阳光下,而另一半则永远在黑暗中。一黑一白,导致极端的温度变化,有太阳的那边,终将化成荒漠;没有太阳的那边,就是冰雪的世界,比现在的南北极还冷。想在这种环境上生产,基本上是痴人说梦。
停转之后,除了昼夜更替,季节变化也将一去不返。地球轨道的倾斜导致了四季的变化,但如果没有自转,季节的差异将变得极为极端。这对于农业和自然界的生物都将是灾难性的,比沙漠和南北极还极端的环境,啥作物也长不了。
地球自转还影响了风向和水流的方向。地理学上说的科氏力(科里奥利力)就是由于地球自转引起的,它影响着大气和海洋中的运动。如果地球停止自转,这些运动将失去平衡,风暴海啸的发生,可能就是日常了。
除了自转对环境的影响,自转在不同程度上也深刻地影响着人类的生活和文化。这个自转使得我们的世界充满了多样性和变化,从而塑造了我们的作息习惯、节日庆祝方式,甚至影响了历法的制定。
比如我国的中秋节。中秋节是农历八月十五,正是秋分之际。而地球自转使得中秋节的月亮总是处于最圆最亮的位置,寓意团圆和丰收。人们在这一天常常会欢聚一堂,赏月、品茶、共度佳节,可以说中秋节就是地球自转带来文化差异的美好体现。
自转对同是四大文明古国之一的古埃及,也有深刻的影响。古埃及有着太阳的崇拜,它的太阳神庙的建筑都与太阳的轨迹和地球自转有关。庙内的某些结构在特定时间接收太阳光,象征太阳神的力量和地球的自转周期。
在北欧地区,由于高纬度的缘故,地球自转造成了独特的极昼和极夜现象。在北极圈内,夏季期间有长时间的极昼,冬季则有漫长的极夜。这影响了当地居民的生活和文化,他们学会在不同的季节和时间中找到平衡,适应这种与地球自转相关的极端环境。
从这些例子我们可以感受到,人类对地球自转规律的深刻理解,并将其融入宗教和文化之中。
所以虽然我们察觉不到地球的自转速度,但它却在无形中影响着我们的生活。日夜更替、季节变化、风向偏转等现象都是地球自转的产物,展现了自然界错综复杂的秩序。这也就是地球自转的微妙之处,也正是我们世界风景各不相同的原因。
了解完了地球的自转,还有朋友好奇,地球自转的能量来源究竟是啥?地球能不能一直转下去呢?让我们接着往下看。
1801年,托马斯·杨提出了能量守恒,永动机也被我们证伪。所以地球的自转的能量并不是用之不竭的,那么地球自转的能量源究竟是啥?其实这个问题还有真点复杂,地球自转的能量来源是一个与宇宙、物理学和地球形成等众多领域交织在一起,咱们拆开慢慢说。
我们先从地球的形成谈起。我们需要追溯到地球的形成过程。地球是在大约46亿年前,由太阳系内的初始物质(什么氢、氦、还有超新星爆发喷射出的重元素尘埃、团块)在引力作用下聚集而成的。
在这个过程中,星际物质的引力势能转化为动能,同时由于物质分布的不均匀性、碰撞的随机性、角动量的守恒等因素,星际物质在聚集的过程中,也会因为角动量守恒而加快自己的旋转速度。这样,地球在形成的时候,就带有了一定的自转速度,这就是地球自转的初始能量来源。
再次我们要考虑地球内部的物质分布。地球内部形成了一个相对较重的地核和一个较轻的地壳。地壳板块的运动,会导致地球的质量重新分配,从而改变地球的转动惯量,使得地球的自转速度逐渐减缓。
但是别担心,地球自转被放缓这个过程需要数以亿计年的时间,但它也对地球的自转速度产生了一定的影响。
除了地球自身的影响,还有地球与其他天体之间存在引力相互作用,尤其与月球之间。这种引力相互作用导致了地球表面和海洋的形变,产生了我们所说的潮汐力。潮汐力影响了地球的自转速度,也带来潮起潮落,这就是潮汐摩擦现象。
潮汐摩擦是地球自转能量损失的主要原因之一。据估计,每年地球的自转周期会增加约20微秒,而地月距离会增加约3.8厘米。这也就是他们调侃,月球在逃离地球这句话的来源。
太阳对地球的潮汐摩擦也有类似的效果,但由于太阳的质量远大于地球,地球对太阳的轨道能量的影响可以忽略不计,所以主要是地球的自转能量转化为太阳的轨道能量,导致地球的自转速度减慢,而地日距离基本不变。
所以,地球自转的能量主要来自于形成时的初动能和引力势能。由于地球内部的不均匀分布、与其他天体的相互作用以及潮汐力的影响,地球的自转速度逐渐减缓。这个过程是一个持续演化的、趋向平衡的动力学系统,所以地球不是个无限动能的永动机,也终会有停转的一天。