地球公转一圈是多少(地球为什么存在自转和公转?)
地球自转一周多少钱(地球为什么自转公转?)
月亮绕着地球转,地球绕着太阳转,属于公转;月球、地球、太阳和其他行星都绕着一个假想的轴旋转,这属于自转。
那么天体为什么会自转呢?地球已经诞生了45亿年,下面我们就通过地球的自转来揭示其背后的原理。
什么是旋转?
所谓旋转,就是物体围绕一个点或一个轴做圆周运动。最典型的旋转现象是“陀螺旋转”,即陀螺绕一个轴快速旋转。需要注意的是,在现实世界中,很多天体的轨道只是近似圆形,一般为椭圆形,与数学中几何图形旋转的定义略有不同。
旋转有方向,通常在平面上分为逆时针旋转和顺时针旋转。这个很好理解。旋转的方向与时钟中的顺时针方向相同,称为顺时针旋转,反之亦然。
让我们从数学上解释一下。如下图所示,平面被直角坐标系分割成四个有限的图像。一个图形绕原点旋转,依次经过4-3-2-1有限个图像,为顺时针旋转;如果依次通过1-2-3-4极限图像,则逆时针旋转。
每天,太阳从东方升起,在西方落下,因为地球绕着它的旋转轴从西向东旋转。从北极空看,地球逆时针旋转,从南极看,地球顺时针旋转。可见旋转方向是相对的,描述要建立在一个参考系上。
宇宙中天体的旋转
1.天体的自转分为自转和公转。
自转是天体绕其轴的圆周运动,旋转轴一般经过质心。天文观测表明,宇宙中几乎所有的天体都在旋转。理论上有不旋转的天体,比如史瓦西黑洞,但是这种黑洞虽然不旋转,但是黑洞周围的吸积盘可能会旋转。
天体的自转可分为差自转和刚性自转。区别在于不同纬度的角速度是否相同。如果一样,就是刚体转动,反之亦然。比如恒星和气态行星属于差自转,而像地球这样的岩石行星等天体则被视为刚体自转。但是,刚体只是理想物体。
上图是太阳自转不佳。由于不同纬度的角速度不同,自转周期也不同。
公转是一个天体围绕另一个天体的运动,公转的轨道一般为圆形或椭圆形。
在一些人的认知中,在引力的作用下,一个小质量的天体会围绕一个大质量的天体旋转。表面上看是这样的。严格来说,并不完全正确。例如,地球绕着太阳转。更具体地说,地球围绕地球和太阳的共同质心旋转。因为太阳的质量比地球大得多,所以它们共同的质心位于太阳内部;木星的质量大于太阳系其他七大行星的质量总和,太阳和木星的共同质心位于太阳表面之外。
如图所示,木星和太阳围绕一个共同的质心旋转。
2.太阳系中天体的旋转
在太阳系中,太阳位于中心,太阳周围有八颗行星和其他小天体(小行星和彗星),它们都围绕太阳旋转。地球是八大行星之一。
地球绕地轴自转,同时也绕太阳公转。地球自转一周约24小时,自转一周约365天(1年)。同样,月球围绕地球旋转,自转。自转和公转周期都是27.32天。太阳是银河系中的一颗恒星。太阳除了自转,还围绕银河系中心公转,公转一周大约需要2亿年。
3.银河系本身也是自转的,那么银河系是围绕什么旋转的呢?
银河系和仙女座星系约50个星系共同组成了本星系群。本星系群的质心位于银河系和仙女座星系之间。除了围绕这个公共质心旋转之外,它们还在重力的作用下以螺旋的方式相互靠近。几十亿年后,银河系和仙女座星系将会合并。
银河系和本星系团一起围绕室女座超星系团的中心旋转,该超星系团位于室女座星系团内。银河系位于室女座超星系团的边缘。估计银河系做一次公转需要1000亿年左右。室女座超星系团由100多个星系团或星系团组成,包括本星系团,跨度超过1亿光年,包含4万多个大小不同的星系,如银河系。至于宇宙本身是否自转,这个就不清楚了。
通过以上的介绍,相信大家对天体自转的现象有了深刻的了解。接下来,是时候让我们回到自己的家中来揭示“地球为什么会自转?”。
地球为什么会自转?
地球诞生至今已有45亿年。地球一直在旋转,从未停止。那么是什么力量迫使它继续旋转呢?这个要从公转和自转两个方面来回答。
一切都在运动。力不是维持物体运动的原因,但可以改变物体的运动状态。外力为0时,物体始终保持静止或匀速直线运动。物体保持原来静止或运动状态的性质叫做惯性,我们通常用质量来衡量。天体的质量越大,就越难改变其运动状态。万物诞生于大爆炸,万物运动的最初动力也来源于此。
太阳的引力是保持地球旋转的原因。太阳引力提供的向心力与地球惯性提供的离心力保持平衡,使地球不向着或远离太阳下落,而是以固定的椭圆轨道绕太阳旋转。
保持地球旋转不需要外力。Tai 空为真空,没有摩擦力,地球在Tai 空的运动主要受太阳和月亮引力的影响。几十亿年来,太阳和月亮的引力导致的潮汐作用使得地球的自转速度越来越慢。十亿年前,地球上一天可能只有不到20个小时。物体保持旋转状态不变的性质,可以用转动惯量来衡量。物体的转动惯量越大,保持旋转的能力越强。
那么地球的自转是怎么来的呢?
事实上,无论地球是公转还是自转,自转的根本原因都是转动惯量和角动量守恒。
至于角动量是如何产生的,要从太阳系的起源说起。太阳系起源于星云,星云由大量粒子组成。质点总是处于不断的运动中,由于质点间引力的相互作用产生了力矩,所以会产生角动量。如果星云的质量分布不均匀,总角动量不可能为零,所以整个星云系统会旋转。星云在引力作用下收缩形成恒星,新生的恒星会继承原星云的角动量。在收缩过程中,随着半径的减小,由于角动量守恒,旋转速度会加快。比如花样滑冰,运动员可以通过调整姿势来控制自己的旋转速度。