Question

是什么力量使地球自转？

Answer 1

地球自转的产生和太阳系的形成及角动量有关。

太阳系的形成
天文学家认为，太阳系是由古代的原始星云形成的。原始星云是非常稀薄的大片气体云， 因受到了某种扰动影响，再加上引力的作用而向中心收缩。经过漫长的演化，中心部分物质的气温越来越高，密度也越来越大，最后达到了可以引发热核反应的程度，从而演变成了太阳。太阳周围的残余气体，慢慢形成了一个旋转的盘状气体层，经过收缩、碰撞等复杂的过程，在气体层中凝聚成固体颗粒、微行星、原始行星，最后形成了一个完整的太阳系天体。
被分配的角动量
原始星云原本就是带有角动量的，在形成了太阳系之后，它的角动量仍然不会损失，但已经进行了重新的分配，各个星体在漫长的演变过程中都从原始星云中得到了各自的角动量。由于角动量守恒，行星在收缩的过程中转速也将越来越快，地球也不例外。地球在获得的角动量主要分配在绕太阳的公转、地月系统的相互绕转以及地球自转三个方面。

不恒定的转速
现实生活中，人们很容易认为地球是匀速运动的，要不然地球每一日的长短都会变化。但实际上，地球的速度也是在不断变化的。距今4.4亿年前的晚奥陶纪，地球公转一周412天；而到了4.2亿年前的中志留纪，每年只有400天；到了3.7亿年前的中泥盆纪，一年为398天；到了1亿年前的晚石炭纪，每年大约是385天；到了6500万年前的白垩纪，每年是376天，而现在一年是365.25天。天体物理学的计算证明了地球的自转正在变慢。科学家们认为，产生这种现象的原因是月球对地球的潮汐作用的结果。

答：地球自转的动能，来自于地球形成前太阳系原始星云的引力势能。

我们地球有45.5亿年的 历史 ，目前每23小时56分4秒自转一圈，在赤道处的自转线速度高达460米每秒；根据转动动能公式进行估算，地球自转的动能高达2*10^29焦耳，相当于2500万亿颗广岛原子弹释放的能量。

如此高的能量，那么地球的自转动能来自于哪里呢？

在46亿年之前，一颗大质量恒星经过超新星爆发后，形成一个跨度数光年的星云；星云在自身引力的作用下，结构是非常不稳定的，然后一部分星云朝着质量中心进行塌缩，这个塌缩的星云既是太阳系原始星云。

塌缩后最终形成了我们的太阳系，在质量集中的地方形成了太阳，周围的残余物质形成了各大行星，也包括我们地球。

太阳系原始星云的密度非常低，大约每立方厘米只有几千个气体分子，但是数光年范围的星云质量就不能忽略了，引力势能也是非常大的。

在星云塌缩过程中，星云的引力势能逐渐转化为气体分子的动能，在气体分子相互碰撞过程中，部分动能转化为内能（热能）；于是在地球形成时，地球原始物质的动能，使得地球有一个角动量。

据估计，地球在刚形成时，大约每6小时自转一圈；生物化石中的证据显示，在5亿年前的寒武纪，地球自转周期大约为21小时；目前地球的自转周期，是23小时56分4秒。

可以看到，地球的自转速度在减慢，大约每过2.5亿年，自转周期会延长1小时；这是因为月球的潮汐作用，使得海水和地球固态表面产生内摩擦，然后消耗掉地球的自转动能，使地球自转速度减慢。

但同时，地月系统的角动量守恒，也会导致月球逐渐远离地球，大约每年远离地球3.8厘米，虽然短时间内看不出变化，但是数亿年后，月球的远离对地球的影响就会显现出来。

是什么力量使地球自转？
世间不存在永动机，但如果有人举出一个地球的自转来例子来，估计很多朋友会哑口无言，尽管能量守恒大家都学过，但地球自转却是永恒不变！所以这地球真的会是永动机吗？

地球自转的动力来自哪里？
其实不仅是地球，宇宙中所有的天体都在转，只是有的转的不太规则，比如小型天体的运动方式就无法用转来衡量，但能称得上矮行星级别的天体，包括恒星以及它发展后的白矮星、中子星和黑洞，都是自转的，因为它们都有一个类似的经历！

行星与恒星系的形成

恒星形成的理论最早可以追溯到18世纪，拉普拉斯和康德先后提出了星云假说，尽管这个理论最贴近当前的恒星形成理论，但这个理论成熟还是要等到二十世纪中后期！

行星和行星系都来自于星云的坍缩，这个星云可以是原初星云，也可以是上一代超新星爆发的后的星云！星云的初期坍缩因素来自于临近超新星的爆发冲击，或者金斯不稳定性，当星云的热压力不足以抵抗引力时，便会在引力作用下坍缩！

猎户座马头星云

1947年巴特·博克提出这团开始收缩的星云会坍缩成一团很像昆虫茧的形状，会尽力重力坍缩后形成新的恒星，因此以他的名字命名了这个像茧一样的坍缩体，在博克球状体中，可能会诞生双星或者联星！1990年，在近红外线的观测中证实了恒星在博克球状体内诞生！

右上角的毛毛虫就是博克球状体

为什么坍缩的尘埃云会开始旋转？

物体在引力场中的运动都遵循测地线运动，因为这是引力场中运动的最短距离，理想的运动是直接指向质心，但这理论上却很难实现，因为原始星云本身就有一定的运动模式，它必定包含了部分角动量，因此它会干扰坍缩中的尘埃云！所以最终这条测地线运动就会变成一条螺旋形下坠的线路，如果以整个星云运动模式来看，就是旋转起来了！

捕获物体的运动方式

而且根据角动量守恒，它的旋转速度会随着坍缩转的越来越快！所以从中间诞生的恒星有着天然的自转运动，而像地球这样的行星则会在恒星的尘埃盘中诞生，它的诞生原因和恒星并没有本质的差别，但模式可能会有一些差异。

早期是微行星互相碰撞成长，而更多的微行星聚集则会有可能开始诞生行星，但盘面上的湍流可能会影响行星的行程过程，但最终寡头行星的形成会清理轨道上的其他天体，因为当质量够大时，它会在漫长的绕行过程中以引力捕获的方式将轨道上的小型天体一一合并，最终在恒星的星云积盘中留下一个清晰的同心圆！

各种行程中的原始星云积盘

而行星的成长的角动量也来自于此，因为这些微行星合并时候角动量无法消除为零，这和恒星的诞生时的角动量来源是一致的。简单地说，就是行星也是自转的。所以这里不需要上帝的存在！

成功的恒星（左侧），失败的恒星（右侧）

宇宙是怎么诞生的？

这里会牵涉到一个问题，就是原始星云的诞生，根据天文界比较支持的理论是诞生于宇宙大爆炸，如果不相信这个理论的话其实也没问题，但至少现在观测到的大量证据都指向宇宙在很久以前发生过一次大爆炸，比如宇宙膨胀，以及微波背景辐射和原初元素的丰度！

20世纪80年代初，天文学家观测到距离100亿光年外存在的原始星系云，基本处于电离氢状态，其体积与银河系接近，有可能是初始宇宙大爆炸后遗留下来的原始星云物质。

大爆炸时这一切运动的起始，大爆炸之前的运动，可能谁都不知道，但之后所以宇宙的运动是大爆炸给予的能量！
地球会永远自转下去吗？
我们搞清楚了地球是怎么转起来的，那么问题来了，它会一直转下去吗？理论上来说确实是这样，但现实中的地球却不会一直转下去，因为很多因素在消耗它的角动量！

地球流动的内核影响它的自转

这一点其实挺好理解的，就像一个生鸡蛋想要稳定旋转很难，因为会有很多角动量消耗在内外层的摩擦上！地球就是一个生鸡蛋，从内核到外壳，中间有非常厚的熔融层。

月球的潮汐引力消耗地球自转角动量

月球和地球之间有相互的引力，月球的引力也是地球上潮涨潮落的重要原因，因此这些被月球引力带起的海水就会粘滞地球的自转，而且月球的引力也会导致地球内核熔融态的岩浆分布差异，会导致更严重的地球差异旋转，地壳每天比地幔平均少转约138毫角秒，合成弧长达4.26米，每年地壳比地幔少转1553米弧长，在25786年的时间里地壳比地幔少转一圈（360 ）

因此地球自转在逐渐减速，这些角动量除了消耗在各种摩擦上，还有一部分转移到了月球上，所以月球轨道每年都在提升，大约是3.8厘米/年！地球的角动量被月球偷走了！

所以地球并不会永远自转下去，它更不可能是一个永动机！