月亮绕着地球转 , 地球绕着太阳转 , 这属于公转;而月亮、地球、太阳等星球 , 其自身都在绕着一个假想的轴旋转 , 这属于自转 。
那么天体为什么会旋转呢?地球诞生至今已有45亿年的历史 , 就让我们通过地球的旋转来揭秘这背后的原理 。
什么是旋转?所谓的旋转就是物体绕一个点或者一个轴做圆周运动 。 最典型的旋转现象就是“陀螺的旋转” , 陀螺就是绕着一个轴快速旋转 。 需要注意的是 , 现实世界中许多天体的公转轨道只是近似圆周 , 一般是椭圆 , 这与数学中对几何图形旋转的定义略有不同 。
旋转有方向之分 , 在平面上通常分为逆时针旋转与顺时针旋转 。 这个很好理解 , 旋转方向跟钟表中时针走的方向一致 , 被称之为顺时针旋转 , 反之则称之为逆时针旋转 。
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我们从数学角度说明一下 。 如下图所示 , 平面被直角坐标系分为4个限象 , 一个图形绕着原点旋转 , 苦依次穿过4—3—2—1限象 , 这就是顺时针旋转;若依次穿过1—2—3—4限象 , 则是逆时针旋转 。
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太阳每天东升西落 , 那是因为地球绕着自转轴自西向东转 , 从北极点上空来看地球是在逆时针旋转 , 而从南极点来看地球则是在顺时针旋转 。 可见 , 旋转方向也是相对而言的 , 描述时需要有参考系作为依据 。
宇宙中天体的旋转现象1 , 天体的旋转分为自转和公转 。
自转是天体绕着自己的轴心做圆周运动 , 自转轴一般会穿过质心 。 天文观测发现 , 宇宙中几乎所有天体都存在自转 。 在理论中存在不自转的天体 , 比如史瓦西黑洞 , 不过虽然该类黑洞不自转 , 但是黑洞周围的吸积盘却可能存在旋转 。
天体的自转可以分为较差自转和刚体自转 , 差别在于不同纬度上角速度是否相同 , 如果相同则是刚体自转 , 反之亦然 。 比如恒星以及气态行星就属于较差自转 , 而像地球这样的岩石行星等天体则被认为是刚体自转 。 不过 , 刚体只是理想中的物体 。
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上图为太阳的较差自转 , 由于不同纬度的角速度不同 , 自转周期也不同 。
而公转是一个天体绕着另一个天体运动 , 公转轨道一般为圆形或者椭圆 。
在一些人的认知中 , 在引力的作用下 , 小质量的天体会围绕着大质量的天体公转 , 表面上看起来是这样的 , 严格来说并不完全正确 。 比如地球绕着太阳转 , 更确切的说 , 地球是绕着地球和太阳的公共质心旋转 。 由于太阳比地球质量大很多 , 它们的公共质心位于太阳内部;木星的质量比太阳系其它七大行星的总质量还要大 , 而太阳和木星的公共质心则位于太阳表面以外 。
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如图所示 , 木星和太阳绕着公共质心旋转 。
【地球为什么存在自转和公转 地球公转一圈大概是多长时间】2 , 太阳系天体的旋转现象
在太阳系中 , 太阳位于中心位置 , 太阳周围还有八大行星以及其它小天体(小行星、彗星) , 它们都在围绕太阳旋转 。 地球就是八大行星中的其中之一 。
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地球绕着地轴自转 , 同时又绕着太阳公转 , 地球自转一圈约24小时、公转一圈约365天(1年) 。 月球也与之类似 , 既绕地球公转、又在自转 , 自转和公转周期都是27.32天 。 太阳是银河系中的其中一颗恒星 , 太阳除了自转还绕着银河系中心公转 , 公转一圈大约需要2亿多年 。
3 , 银河系本身也存在自转 , 那银河系又绕着什么公转呢?
银河系和仙女座星系约50多个星系共同构成了本星系群 , 本星系群的质心位于银河系和仙女座星系之间 , 它们除了绕着这个公共质心旋转 , 还在引力的作用下以螺旋方式相互靠近 , 几十亿年之后 , 银河系和仙女座星系会合并 。
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银河系连同本星系群一起围绕着室女座超星系团的中心旋转 , 而这个中心就位于室女座星系团 。 银河系位于室女座超星系团的边缘 , 据估计 , 银河系公转一圈大约需要耗时1000亿年 。 室女座超星系团由包括本星系群在内的100多个星系团或者星系群组成 , 跨度达1亿光年以上 , 包含4万多个类似于银河系这样的大小不一的星系 。 至于宇宙自身是否存在旋转现象 , 这个就不清楚了 。
通过上面的介绍 , 相信大家已经对天体的旋转现象有了深入的认识 , 接下来我们该回到自己的家园了 , 来揭秘“地球为啥会旋转?” 。
地球为什么会旋转?地球诞生至今已有45亿年 , 地球一直在旋转 , 从未停歇 , 那么是什么力量在迫使它不停的旋转呢?这要从公转和自转这两个方面来回答 。
万物皆在运动 。 力不是维持物体运动的原因 , 但却可以改变物体的运动状态 。 在合外力为0的情况下 , 物体总是保持静止或匀速直线运动 , 物体这种保持原有静止或者运动状态的性质被称之为惯性 , 我们通常用质量来度量 。 天体的质量越大 , 运动状态越难被改变 。 万物诞生于大爆炸 , 万物运动的初始动力也来源于此 。
太阳的引力是维持地球公转的原因 。 太阳引力提供的向心力和地球惯性提供的离心力保持平衡 , 这使得地球不至于落向太阳或远离太阳 , 而是在一个固定的椭圆轨道绕太阳旋转 。
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地球保持自转状态不需要外力来维持 。 太空是真空 , 没有摩擦力 , 地球在太空中运动主要受太阳和月球引力的影响 。 几十亿年以来 , 太阳和月球的引力产生的潮汐作用就使地球的自转速度越来越慢 。 在10亿年前 , 地球上一天可能不到20小时 。 而物体保持转动状态不变的性质 , 可以用转动惯量来衡量 。 一个物体的转动惯量越大 , 其保持转动状态的能力也就越强 。
那地球的旋转是怎么产生的呢?
其实 , 不管是地球的公转还是自转 , 产生旋转的根本原因就是转动惯性和角动量守恒 。
至于角动量是如何产生的 , 这要从太阳系的起源说起 。 太阳系起源于星云 , 星云由大量的粒子构成 , 粒子总是在不停的运动 , 粒子之间在引力的相互作用下产生了力矩 , 于是便会产生角动量 。 星云质量分布不均匀 , 总角动量便不可能为0 , 于是整个星云体系便会发生旋转 。 星云在引力的作用下收缩形成恒星 , 新生恒星也会继承原星云的角动量 , 并且在收缩的过程中 , 随着半径的减小 , 由于角动量守恒 , 旋转速度便会加快 。 比如花样滑冰运动中 , 运动员就能通过调整自身姿态来控制旋转速度 。
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除了太阳是星云的产物 , 地球也是星云的产物 。 太阳诞生之后 , 余下的物质构成了太阳周围的行星 , 太阳系八大行星及其它小天体就是这样形成的 。 太阳系八大行星的轨道差不多都处于同一个平面 , 就是因为它们诞生之时都与太阳的自转处于同一个旋转盘 。 地球也是继承了来自星云以及太阳的角动量 , 于是也跟着旋转 , 除了天王星和金星以外 , 它们的自转方向与公转方向都完全一致 , 除非有力矩迫使它改变这种状态 。 刚刚说的天王星和金星就是因为有外部力量的干涉 , 才使它们的角动量发生了显著的变化 。 只要太阳存在 , 地球将永远旋转下去 。
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总结起来 , 地球之所以旋转 , 初始动力源于宇宙大爆炸 , 而引力的作用产生了角动量 , 于是便旋转了起来 。
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