Question

地球为什么能永恒自转下去？

Answer 1

冷知识，地球曾经自转速度为18小时一周，如今24小时一周，也就是说地球的自转速度在降低。未来地球自转速度可能持续降低甚至停转，那对于地球上的生物来说可能是灾难。

有一个传说，说牛顿晚年信神，是因为他解释了地球围绕太阳运转的引力问题，然而却无法解释地球运动的第一推动力，于是认为是神把地球踢了一脚。后来在爱因斯坦相对论中，较为本质地解释了地球动力的来源，结果还有人传爱因斯坦晚年也信了神，因为他也无法解释地球自转公转的动力来源。不过这些都是胡扯，在牛顿年代保持对神的信仰是很正常的事情，牛顿有很高的成就不假，但是他还是认为宇宙的运行是神创造了规律的运行方式，他的任务就是通过数学工具解释太阳系的运行。而爱因斯坦时代，由于观测的进步，很多传说都被证伪。

近现代的观测证明，恒星系统形成于星云之中，而星云可能是由于一个未知的扰动，比如一块外来的陨石的扰动，导致气体尘埃之间的作用增强，于是气体尘埃碰撞结合，而碰撞时则有少部分气体尘埃的动能转化为天体的动能，于是行星在诞生之后都有一定的自转动能，而由于中心天体的影响，地球这类天体又有公转的动能。这类已经不是猜测的结论，而是科学家观测的结论，恒星系统形成的早期，都是由大量气体尘埃、星际碎片撞击的结果。所谓的第一动力其实就是物质因为引力聚合时由引力作用产生的动能。

在天体形成后，由于星际空间中大多数物质都被吸收聚集了，所以天体可以保持很长时间的自转、公转。地球形成之后，地球之外的气体尘埃几乎就没有了，因此天体由于惯性作用而保持形成之初的运动状态。可是有些天体却不同，比如地球，地球有月球这颗卫星，月球的形成原因暂时可以不用考虑，可是月球已经被地球引力锁定，使得月球的自转和公转速率相当，然而根据研究推测月球在形成时就没有这么漫长的公转周期，是地球的引力在对月球“刹车”，导致月球的公转速度逐步降低，而这个过程中地球的自转速率也由十来个小时降低到24小时。

这也说明地球并不是永恒地自转，而是和其他天体相互有影响，因为引力作用，相互之间会有动能的传递。引力是一种长程力，在经典的牛顿定律中，引力只和天体的质量以及距离的平方有关系，也就是说无论俩天体相距多远，都还有引力的作用，那么就算是因为距离遥远，其他天体也会缓慢影响地球的自转公转参数，导致地球的动能变化。也就是在这个过程中，地球和其他天体之间有能量的转移，但是因为较为缓慢，一时半会看不到具体的转变。然而在精确的测量中，地球的自转公转速度可以说每时每刻都在变化，它并不能靠惯性一直运行下去。

宇宙间没有什么永恒的事件，就连银河系也可能有朝一日不复存在。据分析银河系正在以200万公里的速度接近仙女座，数十亿年后两个星系将碰撞合二为一。在这之前，太阳系行星之间也可能因为相互引力的影响而相互碰撞融合。

传统的观点认为，太阳和行星皆形成于一团巨大的原始旋转星云物质。当这些原始旋转星云物质在自身引力作用下自行收缩时，由于角动量守恒，星云物质越收缩，越致密，旋转也就越来越快，当星球形成后，星云物质的旋转角动量就变成了寻求的自转角动量。

首先，太阳系起源于一团星云物质，本身就是一种假说，所以，上述传统的关于地球自转起源的解释也就是不确定的东西。我们不应该把这种解释视为金科玉律。

其次，这种传统解释有许多不能自圆其说的地方。按照这种观点，原始星云应是按照同一方向以基本相同的角速度旋转的，这样形成的星球则应该是质量越大，其自转速度也越快，太阳系所有的天体应该是朝同一方向公转和自转。然而，太阳系的现状却偏偏不是这样。一是太阳的质量约为行星总质量的750倍，占整个太阳系质量的99%以上，但是它的角动量却只有全系统的2%，行星的质量虽小，其角动量却很大；二是太阳系绝大多数天体是按逆时针方向旋转的（包括公转和自转），但金星和少数卫星却是按顺时针方向旋转的。

正因为传统的关于地球自转的解释有许多漏洞，所以有学者提出了一些新的解释。

美国有一位天文学家认为，原始行星不自转。太阳对原始行星的吸引使其朝太阳的一边隆起，凸出来。当原始行星绕太阳公转时，这个隆起部分偏离朝太阳的方向，但是太阳对隆起部分的吸引又把它拉回朝向太阳的方向，这样就强迫行星自转起来。当然，这位天文学家的解释也有许多问题，例如，为什么大多数行星斜着身子按逆时针自转和公转，而金星是按顺时针自转，天王星是躺着身子自转和公转？

现代科学研究表明，行星的自转并非一成不变的。最为突出的是我们的地球，其自转有明显的波动：一年中，8月间地球自转最快，3—4月间自转最慢。在各个世纪和不同的年份自转也不是均匀的，如17世纪地球自转比较快，20世纪30—40年代自转加快，60—70年代自转减慢，到了80—90年代自转又加快。

地球的自转在不断地变化，这说明有一处原动力在为地球的自转加速和减速。那么，这一原动力是什么呢？

有人说，地球自转变化与南极有关。南极的巨大冰川，现在正在慢慢融化，也就是说，南极大陆的冰块在减少，重量正在减轻。这样，地球失去了平衡，影响了自转速度。但是，这种变化是单向的，它不可能既给地球自转加速，又给自转减速。

有一种令大多数人信服的解释是：季风影响地球自转。有科学家计算过，每年由季风从大陆转移到海洋，又从海洋转移到大陆的空气，重量竟达300万亿吨。这么大重量的物质从地球一处转移到另一处，足可以影响地球的重心，改变地球的角动量分布，使地球自转发生加速或减速变化。

爱斯基摩星云，恒星塌缩时，周围的物质向四周喷发。

地球为什么会自转？当然和地球的生成过程有关，也和太阳系的生成有关。太阳系来自于一个超大恒星的消亡，当这颗恒星最终塌缩时发生剧烈爆炸，将周围的物质喷散出去。这些飞散在宇宙中的物质在引力的作用下，汇聚成太阳系中的太阳和行星。

每一个汇聚成星球的物质，相当于一个质点系。这个质点系的每个质点都在运动，对质点系的质心都有一个动量矩M（mv）。把所有质点的动量矩求和即是ΣM(mv)，就是说组成地球的物质，整体有一个角动量。

由动量矩定理，在 外力矩为零的情况下，动量矩是守恒的。 也就是说，组成地球的物质从质点系到形成地 球，它的角动量是不变得的。只是由于体积的缩小，地球的角速度比地球开始凝聚时变大了。

螺旋星系

其实这也是太阳和其他行星自转的原因。因为宇宙来源于一次大爆炸，遵循同样的道理，整个太阳系以及银河系等宇宙的星系，也都遵循这个原理。