地球为什么会自转?

像太阳系的其他八大行星一样,地球绕着太阳转。它一直绕着一个假想的旋转轴旋转,这个旋转轴就是地球的自转。

几百年前,人们提出了许多证明地球自转的方法。著名的“福柯摆”让我们真正看到了地球的自转,但地球为什么绕轴自转?为什么它围绕太阳旋转?这是一个多年来科学家一直非常感兴趣的问题。粗略地说,自转是宇宙中天体的一种基本运动形式,但要真正回答这个问题,首先要了解地球和太阳系是如何形成的。地球的自转和公转与太阳系的形成密切相关。

根据现代天文理论,太阳系是由所谓的原始星云形成的,原始星云是一种非常薄的气体云。它在50亿年前受到某种扰动的影响,在引力的作用下收缩到中心。经过长时间的演化,中心部分的物质密度和温度越来越高,最后可以引发热核反应,演化成太阳。太阳周围的残余气体逐渐形成旋转的圆盘状气体层,经过收缩、碰撞、俘获和积累,在气体层中逐渐聚集成固体粒子、小行星和原始行星,最终形成行星、小行星等独立的太阳系天体。

我们知道要测量直线运动的物体的速度,可以用速度来表示,那么用什么来测量物体的旋转呢?一种方法是用“角动量”。对于一个绕定点旋转的物体,它的角动量等于质量乘以速度,然后是物体到定点的距离。物理学中有一个很重要的角动量守恒定律,就是说一个旋转的物体。如果不受外力矩的影响,它的角动量不会随着物体形状的变化而变化。举个例子,当一个芭蕾舞演员在旋转过程中突然收臂(质心到定点的距离变小),他的旋转速度会增加,因为只有这样才能保持角动量不变。这个定律对地球自转速度的产生有重要作用。

形成太阳系的原始星云本来就有角动量。太阳和行星系统形成后,其角动量不会丢失,但必然会重新分配。每颗恒星在积累物质的漫长过程中都从原星云获得了一定的角动量。由于角动量守恒,收缩过程中各行星的自转速度会越来越快。地球也不例外,其角动量主要分布在地球绕太阳公转、地月系相互自转和地球自转中,这是地球自转的起源,但科学家需要做大量的研究工作才能真正分析地球和其他行星的公转和自转。

也就是说,在地球的形成过程中,运动,尤其是自转,是伴随着地球的形成过程自始至终的,而不是在地球形成后才因为某种原因开始自转或公转。