地球上面的重量是越来越重,还是越来越轻?
其实地球的质量是越来重的。不光是地球,太阳系的其它行星的质量也是越来越重的。为什么这么说,咱们先看看科学家们对行星的定义吧!对这个问题的理解很有帮助。
国际天文学联合会对行星的定义要满足这三个条件:
必须是围绕恒星运转的天体。
质量必须足够大,一般要求达到5亿亿吨以上。
必须能够清除轨道附近区域,公转轨道内不能比他更大的天体。
重点是是最后一点,必须能够清除轨道附近区域,什么意思呢?就是说,大的行星都能把它轨道附近的物质打扫干净。像地球这么大的一颗行星,就像一个宇宙吸尘器一样,附近的宇宙尘埃,小行星都会被它吸引到自己的怀抱的。46亿年前,地球刚刚形成初期,地球轨道附近的交通非常的拥挤,有序许多度的小行星,宇宙尘埃。它们中的大多数都撞向了地球,给地球留下了一道道的伤疤——陨石坑,同时也给地球增加了质量。
举个例子,6500万年前一颗和珠穆朗玛峰般大小的小行星撞向了地球,不光造成了恐龙的灭绝,也给地球增加了一颗这么大的小行星的质量。
虽然地球的大气层每天都在逃逸到太空当中,造成地球质量的减少。但总的来说,地球的质量还是在增加的,每年大约增加10吨左右。当你在对着流星许愿的时候,地球的重量又悄悄的增加了不少呢!
重量不会发生变化。
地球已经转了46亿年,哪来动力让他转这么久?
地球自转了46亿年,依靠的是惯性按照牛顿第一运动定律的描述,假若施加于某物体的总外力为零,那么该物体的运动速度不变。根据这个定律,假设外力之和为零,则运动中的物体将始终保持匀速直线运动状态,静止物体则总保持静止状态。物体所呈现出的这种维持运动状态不变的性质称为“惯性”。这和我们的日常经验相悖,是因为我们生活在一个充满了各种各样阻力(大多是摩擦力)的世界中。只要你松开汽车的油门,它最终就会停下来。但一辆行进中的汽车需要持续耗油,是因为大地的阻力和空气的阻力。如果没有这两者的影响,一辆已经开始运动的汽车,就能持续运行下去。
图示:天问一号,从地球到火星
比如我们向火星发射的天问一号太空飞船,在脱离地球引力时需要消耗大量能量,但当它的速度达到第二宇宙速度脱离地球引力的影响,进入太空飞行的时候,就不再需要持续消耗能量,就能飞往火星,只有当需要改变天问一号飞船的方向和速度时,才需要再次消耗能量。在太空中开车就是这么爽,你只需要给一个初始的推力就行,并不需要全程踩油门。当然这是一个简化的说法,如果你要飞出太阳系,那你就得不断对抗来自太阳的强大引力的影响,不过地球始终绕着太阳运动,所以不需要考虑这个问题。
图示:盗梦空间里的道具,旋转的陀螺。
当然,地球的自转并不是匀速直线运动,但一个转动的物体同样拥有惯性,这只需要见过旋转的硬币或者抽个陀螺就知道了。给陀螺一个初始的动能,它们就能旋转一会儿,在这个过程中并不需要时时刻刻提供给它提供能量。虽然现实中的硬币和陀螺并不会始终旋转下去,但它们之所以会停下来原因有二:
首先,其底部的接触区有阻力,阻力越小它们就能旋转得越久,简单说在冰面上旋转的陀螺就比在水泥地面上的时间更久
其次,就算其接触面没有阻力,选择的硬币和陀螺还会面临空气阻力问题,最终旋转的动能被这些阻力逐渐消耗,最终它们就会停下。
图示:在月球上没有空气阻力,羽毛和铁锤就能同时落地。
地球在太空中旋转,就相当于在一个几乎没有的地方旋转,理论上它可以无限旋转下去,直到遇到足够的阻力,才能让它停下来。地球之所以旋转了46亿年的关键不在于46亿年,因为一个已经转起来的地球,保持自转本身并不需要持续耗费动力或者能量。所以,地球为何能转46亿年的关键不在于46亿年这么漫长的时间,而在于它最初是怎么转起来的?
让地球最初自转起来的力来自哪里?图示:太阳系中从太阳到各大行星都在自转之中
让地球转起来的动能,源自最初形成太阳系的星云,当星云向内塌缩形成恒星和行星时,这些恒星或者行星就会开始旋转起来。实际上,太阳系中所有行星包括太阳本身都在自转,只是各自转速不同罢了。影响行星自转速度的因素很多,比如行星初始形成的速度(更快的坍缩意味着更快的旋转) ,以及陨石的撞击,这即可能减慢行星的自转也可能加速它的自转。
图示:地球自转因月球引发的潮汐而减速,同时推动着月球远离地球
对于地球来说,影响地球自转速度的是它的卫星月亮,实际上在远古时期地球的自转速度比现在快得多,大约十几亿年前,地球18个小时就能转一圈,现在则需要24小时才能转一圈,原因就在于月亮,地球的转动惯性正在转移给月亮,并推动着月亮逐渐远离地球。
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地球也有寿命,只是比人的寿命长得多。
地球形成于46亿年前,也转了46亿年,如果太阳不停下,地球将永远转下去。是什么动力让它转这么久?“天行健”,地球自46亿年前诞生之日起,就在不停地自转与公转。自转一周是24小时,为一天;公转一周是365天,为一年。
地球上任何生物都会知道劳逸结合,如果像地球这样不吃不喝、不分昼夜的运动,很快就会劳累过度而终。然而地球、月球、金星、太阳...这些天体似乎不知疲倦地无休止的运转,是谁给了这些天体的能量?
一是角动量守恒,二是太阳引力。
先来看看旋转的陀螺(没有比这更好的比方了),只要让它旋转起来,很长时间都不会倒,即使有点倾斜了,也要转很久才会停下。
根据牛顿第一定律,“任何质量物体都会保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。”
又有“惯性力”:“当物体加速度时,物体具有的惯性会使物体保持原有运动的倾向,而此时若以该物体为参考系,并在该参考系上建立坐标系,看起来就仿佛有一股相反方向的力作用在该物体上令该物体在坐标系内发生位移。”
陀螺的持续运动与“牛顿第一定律”及“惯性力”很像,这就是“角动量守恒定律”:
角动量就是物体到原点的位移与动量相关的物理量。
角动量守恒就是在不受外力矩作用时,体系的总角动量不变。公式是:J=mr²(J是转动惯量,m是质量,r是质点到旋转中心的距离。)
陀螺会在没有外力干扰的情况下,会绕着一条看不见的轴,维持原来的旋转状态,排斥外来的力量。
地球的旋转也是一样,它就像陀螺上的一颗糖粒,太阳就是轴心陀螺尖,太阳巨大的引力带动地球等行星,地球就在角动量守恒定律下绕着太阳不停地公转,就像银河系中心的银核带动整个星系运转一样。就算太阳停一下,这些天体仍然会由于角动量守恒继续运转。
在地球诞生的46亿年前,所在的太阳系还是一团旋转的星云与碎块,这是太阳形成以后的。在引力作用下,这些石头块聚集成一个个行星。石头块到聚成行星,一直都在旋转,速度由快到慢。其中的力有太阳引力带来,也有石块互相碰撞带来。
早期地球的自转周期是每天6小时,后来由于月球的牵引等原因,速度减缓到现在的24时/天。科学家推测,约2亿年后地球的自转还会减缓到25小时/天。对人类来说,这个减速可以忽略了。
就这样,地球在原来的角动量守恒条件下,不断地旋转,太阳的自转也是如此,因为一开始的星云也是旋转的,这使太阳系呈现一个圆盘状。而使这些星云一开始就运转的,那就是看不见的暗能量。