太阳从东方升起,西方落下,昼夜更替,四季繁荣,生生不息,这就是我们的世界,这就是我们的地球。地球的两极还有极昼极夜,还有美丽的极光。似乎没有什么事情能打断这些重复了上亿年的规律,地球就是生命的摇篮。
但是这个摇篮却并没有大家想得那么稳当,它的一切对于人类来说依旧太过神秘,直到现在,我们也无法真正地解释日月交替的原理,只知道它来自于地球的自转。尽管我们能从第三视角看地球,但我们并不知道自转从何而来,又将消失在何处,真到了那一天,我们又将面临怎样的未来?
地球的自转
人类自进化出智慧之后便在思考,为什么我们的一天要经历白昼和黑夜?当时的人类并不知道浩瀚的宇宙,于是想象地面是一个平面,天空是一个可以旋转的罩子,白天是白罩子盖着我们,里面有太阳;晚上是黑罩子罩着我们,里面有月亮和星星。
就这样过了近一千年,十个多个世纪里,地心说占据着初代学术的主流。哥白尼跨时代的《日心说》理论性地阐述了地球的自转,经过几代人的不断努力,最终取代了主流的地心说,从正确的方向指引人们去探索自己生活的地球。
1957年,前苏联第一次将人造卫星送入太空,人类第一次能从另一个角度观察地球。而后,科技让我们看见了地球的原貌,是蔚蓝色的星球,美丽而充满了生机。
地球围绕太阳进行公转,与此同时它又在绕着自己的地轴转动,而地轴并非与黄道平面垂直,地球是倾斜的,有倾角,因此会有明显的四季,极地出现极昼与极夜。
根据计算,地球自转的平均角速度为 4.167×10^-3度/秒,在地球赤道上的自转线速度为465米/秒,自转的周期约为24小时。
我们都知道,地球围绕太阳公转是因为太阳巨大的引力,可是地球为何自己还要转动呢?关于地球的自转,目前仅停留在假说的阶段。最传统的一种解说就是,地球的自转与公转是离不开的,太阳系的形成来自高速旋转的星云爆炸,爆炸后这些物资在原来角动量的作用下继续转动,加上初始太阳的引力,形成了早期的自转。
在接下来的几十亿年时间里,星体们不断吸收周围的残余星云,价值自身内部的核聚变,体积越来越大,自转的周期不停变化,有了今天的样子。
根据天文学家的观察,宇宙中存在大量自转的星体,只不过自转的方向各不相同。
自转的意义
尽管地球的自转成谜,我们目前还无法解释,但我们不可否认,生命的起源有一部分是地球自转的功劳。
地球的磁场来源于地球内部自由电子的旋转,地质学家们发现地球的地核含有大量的铁元素,它在内部进行着聚变反应,大量的自由电子在里面活动,地球的自转是得自由电子们运动,产生了磁场。磁场的产生造就了地球第一批次的大气层,地球第一次可以抵挡太阳强烈的紫外线,为早期生命提供了庇护。同时自转造成了昼夜交替,让生命活动处在张弛有度的环节,加快了演化的效率。
同时自转又让早期大气和早期海洋产生了流动,形成了远古季风和洋流,让地球上的物质实现了空间上的变化,让生命演化不再是一个个孤岛,它们作为桥梁让生命之间出现了“沟通”,为后面的生物大爆发打下了基础。直到今日,这些现象依旧在地球上演,使得地球上的面貌应有尽有,多样的自然环境增添了生物多样性。
自转产生的磁场加快了人类的发展速度,中国四大发明中有一个叫做指南针的物品,利用地球来指明方向。后来指南针流传到了其他地方,最终改变人类近代历史的“大航海运动”在指南针的帮助下,轰轰烈烈地展开。人们还利用鸽子能够识别地球磁场的特性,第一次克服了空间的距离,实现了最早的无线沟通。
可以说没有自转就没有生命的今天,我们离不开地球,更离不开它的自转。
变慢的自转
科幻片里经常会有人类利用时光机器回到恐龙时代甚至更远古的泥盆纪、寒武纪。这里面有一个细节总是没有演出来,那就是人类到了远古且不说能否适应当时的大气,生物钟也根本受不了当时的时间。根据地质学家的推测,泥盆纪的时候,地球上的一年是400天,大约每一百年增加1到2毫秒,总结下来35000年慢1秒。按照这个速度,再过两亿年,我们的一天会变成约30个小时,一年300天。
那么地球的自转为什么会变慢呢?是因为地球的直径在变大吗?与地球的直径无关,主要原因是来自月球对地球的潮汐引力。
月球同样拥有公转和自转,公转是围绕地球,周期为大约28天,自转是围绕月球的地轴,周期与公转相同,这就造成了一个现象——潮汐锁定。我们在地球上看月球,看到的几乎都是同一半球面,因为公转与自转的周期相同,月球与地球形成的系统相对静止。
地球朝向月球的一面受到强大的引力,受到这个力地球产生了潮涨潮落,因此这个力又叫引潮力。月球的公转方向和自转方向都是自东向西,与地球自西向东正好相反,这个引潮力消耗了地球的部分角动能,让地球逐渐慢下来。而地球和月球组成的地月星系能量是守恒的,地球自转的能量被消耗,与此同时,月球正在以一定的速度远离地球。
不过不用担心地球自转变慢会影响地球的生态,地球46亿年的事件里,似乎还没有哪个大灭绝是与自转变慢有关的,它的速度太慢了,地球上的生物完全有时间去适应。
突然停止自转
可是宇宙总是会发生意想不到的事情,哈勃和开普勒两个太空望远镜发现,宇宙中有些星体会出现自转突然消失,或者自转的方向发生改变。太阳系中的金星就与其他七个行星不同,它是自东向西的公转方向,自转方向却是自东向西,天文学家猜测金星的自转和公转方向会周期性变化。那么照这么看,地球发生自转突然停止,也不是没有可能。那么此时,会出现什么情况呢?
首先,地球自转停止了,但是大气会因为惯性继续转动。大气中有大量的气体分子,运动的大气与静止的地球会发生剧烈的摩擦,这个摩擦产生的热足以融化地球表面的大部分物体。等大气静止下来,地球表面已经被搓掉了一层皮,面目全非,不过人类如果当时能够躲在地下一定深度,是可以躲过灾难的。
可是苦难才开始,停止自转的地球一个半球面始终朝向太阳,另一面半球面一直见不到太阳,南北极不存在了,出现了东西极,人类只能尽可能超两个球面的交界处靠拢,环境虽然变得恶劣,但是还没到完全无法居住的地步,并且人类有科技,再热的地方可以降温,再冷的地方可以供暖。就像现在,赤道居住着人类,北极也有因纽特人,南极也有人类的科考站。
是的,上面的灾难也许人类还能抗住,但接下来的灾难便是人类扛不住的了。地球的自转是磁场的来源,现在没有自转了,磁场也就荡然无存,没有了磁场,大气便失去了束缚,它们会向着太空逃逸。
最先逃走的是氢气、甲烷,这个时候地球的温室效应会减弱,对人类来说是好事,可好不了多久就坏了。二氧化碳、氧气、臭氧接着逃逸,地球直接没有温室效应,生物也不能呼吸,紫外线也没有遮挡,任何一个放在人身上都是毁灭的灾难。
紫外线除了会杀生物细胞外引起变异外,还会分解水,使之分解成氧气和氢气,没有了磁场这些气体也就逃逸到太空,长期下去,地球会失去自己所有的水,会变成火星一样干燥。唯一能拯救人类的办法就是逃离地球。
人为变慢
近些年,天文学家发现,地球自转变慢的原因除了月球的引潮力,还有人类发射的卫星。卫星模拟的月球的潮汐锁定,与地球的自转速度保持一致,利用地球的引力提供能量围绕地球运转。这样做的目的一是为了节省能量,延长使用寿命;二是能够让卫星与地球的一面始终保持静止,方便地面上进行监测。
然而只要利用了地球的引力,就相当于与地球形成了卫星系统,成为了一个整体。卫星公转使用的是地球的能量,而这份能量里有地球自转所需的,类似于卫星把地自转的能量拿了一部分过去使用。
而卫星又没办法把这份力量归还,随着人类发射的卫星越来越多,这个影响会越来越大,因为很多卫星被人类丢在了太空中,这些太空垃圾们只能在地球引力下运动,地球就莫名多了许多消耗体。天文学家发现后警示了全体人类,现在已经不能用这种方式运行飞行器了。
结语
地球的自转的确在变慢,只不过这个速度我们人类完全可以承受,我们怕的是地球突然停止自转。然而根据宇宙的研究,这种情况的确有可能发生,什么时候发生怎么发生,目前天文学家们也无法确定。
直到这个时候人类才发现,自己的历史比起宇宙,比起地球来说还是太短了。人类的进化历史只有200万年,文明史就更短了,文字记录史更是在地球历史中如一毫秒的存在。正是因为这段时间里经历的事情不足以完善自己的预测,才会对未知的事情感到恐惧。
地球对于生物来说,真正的平安日子加起来不到一半,剩余的时间几乎都是处于各种灾难里,所以人类在这200多万年里没有遇到大灾大难是很正常的,但谁也说不准太平岁月过后会是什么,就像恐龙做梦都想不到自己会被一颗陨石终结统治。我们需要探索的还有很多,就像地球的自转,也许某一天人类真正了解了自转,就会有对付自转突然停止的办法。