地球重达 6 亿亿亿公斤，它不停转动 45 亿年，动力来自哪里？ 第1页

牛顿当年也在想这个问题。

因为根据牛顿第一定律，在没有外力的情况下，物体要么静止要么做匀速运动。

在当时，地球是在做匀速圆周运动的球体已经成为科学界的共识。

这时候问题来了：

地球没有受到除法线方向引力以外其他外力，地球在匀速转动。

可地球为什么会开始转动？

迷惑不解的牛顿选择相信第一腿动力：

所谓第一腿动力就是指有一个至高无上的女神在地球形成之初一个鞭腿抽到了地球上，喊了一句“走你！”

这就是“晚年牛顿皈依上帝”这件事的真相。

现在我们都知道了，地球之所以能转动四十五亿年是因为一百三十八亿年前一场大爆炸产生了最初的动力，形成地球的那团物质不断聚合爆炸聚合爆炸，飞了几十亿年后被太阳捕获，围绕太阳转动，逐渐变成了地球。

所以动力来源是宇宙大爆炸。

如果50亿年后，衰老成红巨星的太阳没有吞噬地球。

地球的自转，最终也会停下来，只不过时间会相当漫长。

宇宙中任何星体都会旋转，它们的动力来源于形成之初，引力势能的转化：

无论恒星也好，还是行星也罢，都是由星际物质，汇聚形成的。

• 只不过恒星的物质来源，是氢气为主的星云。
• 行星的物质来源是星际尘埃，而星际尘埃的主要物质是超新星爆发所产生的物质：铁、氧、镁、硅，甚至比铁更重的元素，以及化合物。

这些原始物质，分散在星空中，在引力作用下汇聚。

在汇聚成的过程中，星际物质互相碰撞，速度叠加、方向叠加，最终形成整体的逆时针或者顺时针旋转。

旋转的物质结合，最终形成一颗不停旋转的星球：

如果是一颗孤立的星球，当星际物质结合成星体后，符合能量守恒。

满足：引力势能=动能+势能转化的热能。

• 热能除了引力提供外，还有核能提供：恒星的核聚变，行星内核的重核衰变。

从等式可以看出，对于一个孤立星球来说，无论如何形成，它的自转动能，永远低于它的重力结合能：

旋转体的动能公式为：

为转动惯量，实心球的转动惯量为

其中地球质量 ，半径 ，角速度

得，地球动能大约为：

这个能量是很庞大的，人类当前能源利用功率为2×10^13 W，按照这个功率，人类需要4亿年的时间，消耗的总能量才能相当于地球自转的动能。

现实中运动的物体会停下来是因为摩擦。

那么星体在宇宙中旋转，是否会因为摩擦减速呢？

当然是存在的，因为——

真空不空。

就拿我们整个太阳系来说，我们处在本星际云之中。

太阳在4.4~15万年前进入本星际云，大约1~2万年之后就会离开。

即便离开了本星际云，也还处在本星系泡之中：

本星际云密度0.26个原子/cm^3，本星际泡密度0.1个原子/cm^3。

而1克的水，就有3.344×10^22个原子。

也就是说，地球与星际物质即便存在摩擦损耗，能量损耗的比率也至少低于1/10^23

即便按照每秒损失这么多的能量比，那么地球要停止下来的时间是：

3000万亿年。

这个时间远远超过当前宇宙寿命的20万倍。对于地球形成到现在，短短数十亿年的损耗来说，几乎忽略不计。甚至还没有地球大气散逸带走的能量更多。

而地球经常受到陨石、小行星的撞击，带来的能量可能比这种方式散失的更多。

但是，地球的速度，其实相比起45亿年前，已经慢了很多。

• 刚刚形成的时候，一昼夜只需要数个小时。
• 哪怕5亿年前的寒武纪，一天也只有21个小时。

既然之前已经说了，地球与太空摩擦损失的能量很少，地球又是如何变慢的呢？

主要在于月球的影响。

提到月球的影响，就不得不说月球形成的过程。

45亿年前，星际尘埃汇聚无数的陨石，陨石撞击、汇聚形成众多的小行星。小行星，再互相撞击，形成更大的行星，太阳系最初形成的行星很多，原始的地球只是其中一颗。

一颗叫做忒伊亚的行星撞击了原始地球：

撞击后，地球和月球形成。

• 月球形成曾有诸多学说，现在撞击说已是主流，NASA和BBC做的视频或纪录片，都是直接采用撞击说。
• 动图来源于BBC纪录片《我们真的需要月亮吗》，尝试上传高清源视频，但审核没通过……

一开始月球距离我们只有2.25万公里，只有现在38.4万公里的1/17。

当时看到的月球，也比现在大很多：

地球对月球的引力，是现在的290倍。

地球锁住月球（月球公转周期=自转周期）：

地表形成的潮汐力是现今的5000倍。

地表大多数是液体的水，水被月球吸引，从而形成潮汐作用。

水跟着月球，与地球自转出现相对运动：

地球变慢的关键就是潮汐力。

地球自转动能的降低，主要在于两个方面：

• 1、潮汐力带来地表物质相对速度的不同，形成摩擦，动能转变成热能。
• 2、潮汐力把月球一步步推得更远，地月系统的动能，部分转变成了月球的引力势能。

当然，在月球的作用下，地球的自转是不可能停下来的。

因为地球的自转速度远远快于月球的公转，当地球自转降低足够低的时候，月球已经足够的远。由于月球动能损失并不大，此时地球的引力将不足以吸引月球，月球将永远离开地球。

不过，这个时间可能至少100亿年以上。

但无论怎么样，依靠潮汐力，不可能让地球停止自转的。

那么，太阳对地球形成的潮汐力，是否可能锁定地球，让地球自转停下来呢？

这样的状态下，其实就是地球的自转角速度变得和公转一模一样。

• 金星公转周期224.7天，而自转因为大气潮汐效应，朝相反方向自转，周期243天，金星在未来，或成为被太阳最早潮汐锁定的行星。

但地球要被太阳锁定却并不那么容易，因为地球自转很快，一年365个周期。

地球现今的自转动能，相对于锁定时的自转动能，高出10万倍。

在太阳引力下，地球自转变慢，同样在于潮汐作用下，地层内部摩擦动能转化成热能。而热能是会通过热辐射，释放进入宇宙的。

根据地球半径、地日的距离关系来看，在某一刻，地球正对太阳和背对太阳的两面，受到的引力差，大约只有地球受到太阳引力的1/10^14

太阳对地球引力的平均值为：3.5739×10^22N

引力差的数量级为10^8 N，考虑地球自转和锁定自转速度差，功率数量级为10^11W.

预估地球被太阳潮汐锁定的时间，至少500~1000亿年。

由此也可以看出，虽然地球变慢的主要因素来自月球，但太阳至少也有10%的功劳。

• 月球对地球的潮汐力大约是太阳对地球的6倍左右。

但无论月球远离，还是地球停止自转（实际因为潮汐锁定，自转=公转周期，人的感官为自转停止。），这个时间都相当的漫长。

极有可能永远都等不到那一天。

100亿年后太阳主序星历程结束，化作红巨星，膨胀250倍，那时的半径正好差不多一个天文单位（地日距离），大概率会吞没地球。即便不吞没，也足以汽化地球了。

又过100亿年后，这里或许会形成的新的“太阳”。

原来组成地球的星际尘埃，或许会形成新的“地球”。

旋转，依旧永不停息……

直到再次毁灭，继续轮回。

引力，最重要的宇宙基本力之一