旋轉(zhuǎn)的地球

是什么力量驅(qū)使地球如此永不停息地運(yùn)動(dòng)——在圍繞地軸自轉(zhuǎn)的同時(shí)，又在一個(gè)橢圓形軌道上環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)，帶來晝夜交替和季節(jié)變化，使人類及萬物繁衍生息？

宇宙間的天體都在旋轉(zhuǎn)，這是它們運(yùn)動(dòng)的一種基本形式，但要真正說明這個(gè)問題，首先要弄清楚地球和太陽系是如何形成的，因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的產(chǎn)生與太陽系的形成密切相關(guān)。

天文學(xué)家認(rèn)為，太陽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氣體云，因受到某種擾動(dòng)影響，再加上引力的作用而向中心收縮。經(jīng)過漫長的演化，中心部分物質(zhì)的氣溫越來越高，密度也越來越大，最后達(dá)到了可以引發(fā)熱核反應(yīng)的程度，從而演變成了太陽。太陽周圍的殘余氣體，慢慢形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤狀氣體層，經(jīng)過收縮、碰撞等復(fù)雜的過程，在氣體層中凝聚成固體顆粒、微行星、原始行星，最后形成了一個(gè)完整的太陽系天體。

大家知道，如果要測(cè)量物體直線運(yùn)動(dòng)的快慢，應(yīng)該用速度來表示，但是如何來衡量物體旋轉(zhuǎn)的狀況呢？有一種辦法就是用“角動(dòng)量”。一個(gè)繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體，它的角動(dòng)量就是質(zhì)量乘以速度，再乘以該物體與定點(diǎn)的距離。物理學(xué)中有一條非常重要的角動(dòng)量守恒定律，說的是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的物體只要不受外力作用，它的角動(dòng)量就不會(huì)因物體形狀的變化而發(fā)生變化。例如一個(gè)芭蕾舞演員，當(dāng)他在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候突然把手臂收起來（質(zhì)心與定點(diǎn)的距離變小），他的旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)自然而然地加快，因?yàn)檫@樣才能保證角動(dòng)量不變。這一定律在地球自轉(zhuǎn)速度的產(chǎn)生中有非常重要的作用。

原始星云原本就帶有角動(dòng)量，在形成太陽系之后，它的角動(dòng)量仍然不會(huì)損失，但已經(jīng)進(jìn)行了重新分布，各個(gè)星體在漫長的演變過程中都從原始星云中得到了各自的角動(dòng)量。由于角動(dòng)量守恒，行星在收縮的過程中轉(zhuǎn)速也將越來越快。地球也是這樣，它獲得的角動(dòng)量主要分配在地球繞太陽的公轉(zhuǎn)、地月系統(tǒng)的相互繞轉(zhuǎn)以及地球的自轉(zhuǎn)中。

我們很容易產(chǎn)生錯(cuò)覺，常常以為地球的運(yùn)動(dòng)是勻速運(yùn)動(dòng)，否則每一日的長短也會(huì)改變。物理學(xué)家牛頓就這樣認(rèn)為，他把宇宙天體的運(yùn)動(dòng)看成是上好發(fā)條的鐘，認(rèn)為它們的運(yùn)行準(zhǔn)確無誤。實(shí)際上，地球的運(yùn)動(dòng)也是在不斷變化的，而且非常不穩(wěn)定。有人研究“古生物鐘”時(shí)發(fā)現(xiàn)，地球的自轉(zhuǎn)速度逐年變慢。距今4.4億年前的晚奧陶紀(jì)，地球公轉(zhuǎn)一個(gè)周期需要412天；而到了4.2億年前的中志留紀(jì)，每年只有400天；到了3.7億年前的中泥盆紀(jì)，一年為398天；到了一億年前的晚石炭紀(jì)，每年大約是385天；到了6500萬年前的白堊紀(jì)，每年是376天；而現(xiàn)在一年是365.25天。天體物理學(xué)的計(jì)算證明了地球的自轉(zhuǎn)正在變慢。科學(xué)家認(rèn)為，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，是由于月球?qū)Φ厍虺毕饔玫慕Y(jié)果。

由于人類發(fā)明了石英鐘，便可以更準(zhǔn)確地測(cè)量和記錄時(shí)間。通過一系列觀測(cè)和研究發(fā)現(xiàn)，在一年內(nèi)，地球自轉(zhuǎn)存在著時(shí)快時(shí)慢的周期性變化：春季自轉(zhuǎn)比較緩慢，秋季則加快。科學(xué)家認(rèn)為，這種周期性變化的原因，與地球上大氣和冰的季節(jié)性變化有關(guān)。另外，地球內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，如重元素下沉、輕元素上浮等，都會(huì)影響到地球的自轉(zhuǎn)速度。

除此之外，地球公轉(zhuǎn)也不是勻速運(yùn)動(dòng)。地球公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的，最遠(yuǎn)點(diǎn)與最近點(diǎn)相差大約500萬千米的距離。當(dāng)?shù)厍蛴蛇h(yuǎn)日點(diǎn)向近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，離太陽近的時(shí)候，受太陽引力的作用就會(huì)加強(qiáng)，速度也就變快。由近日點(diǎn)到遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)則相反，地球的運(yùn)行速度會(huì)減慢。

另外，地球自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道并不是垂直的，地軸也并不是穩(wěn)定的，而是像陀螺一樣在地球軌道面上作圓錐狀旋轉(zhuǎn)。地軸的兩端也不是始終指向天空中的某一個(gè)方向，而是圍繞著一點(diǎn)不規(guī)則地畫圓。地軸指向的不規(guī)則，是地球運(yùn)動(dòng)所造成的。

由此可知，地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)包括了許多復(fù)雜的因素，并不只是簡(jiǎn)單的線速或角速運(yùn)動(dòng)。地球就像體衰的病人，一邊時(shí)快時(shí)慢地圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，一邊又顫顫巍巍地自轉(zhuǎn)著。

地球還同太陽系一起圍繞銀河系運(yùn)動(dòng)，并隨著銀河系在宇宙中飛馳。地球在宇宙中運(yùn)動(dòng)不息，這種奔波可能在它形成時(shí)便開始了。

地球仍然在運(yùn)動(dòng)著，它的加速、減速與太陽、月亮以及太陽系其他行星的引力有關(guān)。那么，地球最初是怎么運(yùn)動(dòng)起來的呢？以后又將如何運(yùn)動(dòng)下去的呢？它的自轉(zhuǎn)速度會(huì)一直慢下來嗎？

也許有人會(huì)問，地球運(yùn)動(dòng)是否需要能量呢？能量又從何而來？假如地球運(yùn)動(dòng)不需要消耗能量的話，那么它是“永動(dòng)機(jī)”嗎？地球最初是如何開始運(yùn)動(dòng)的呢？是否存在所謂的第一推動(dòng)力呢？這些問題現(xiàn)在都還沒有答案。

第一推動(dòng)力到現(xiàn)在為止只是一種推斷。牛頓在發(fā)現(xiàn)了三大運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律之后，曾用他后半生的全部精力來研究和探索第一推動(dòng)力。后來他得出了這樣的結(jié)論：上帝設(shè)計(jì)并塑造了這完美的宇宙運(yùn)動(dòng)機(jī)制，且給予了第一次動(dòng)力，使它們運(yùn)動(dòng)起來。這顯然與現(xiàn)代科學(xué)格格不入。而對(duì)于第一推動(dòng)力的科學(xué)解釋，還有待于人們進(jìn)一步的探索發(fā)現(xiàn)。