如何证明地球在自转?
地球是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序排为第3颗,距离太阳1.5亿公里。地球自西向东自转,自转一周需用23小时56分4秒同时围绕太阳公转。但是,我们生活在地球上的人们并没有感觉到地球在转动,怎样才能感觉到地球的转动呢?
早在1851年,法国的物理学家傅科(Foucault,1819~1868)。设计了一个著名的实验验证了地球的自转。他根据地球自转的理论,提出除地球赤道以外的其他地方,单摆的振动面会发生旋转的现象,并付诸实验。
1851年的某一天,傅科邀请各界名流来到法国巴黎先贤祠,他要在这里进行一次公开的科学实验。
先贤祠顶部有个中空的穹顶,穹顶距地面将近70米,傅科的实验就在穹顶底下的大厅里进行。
傅科先让人在穹顶上安装了一个钟摆装置,钟摆长67米,垂在下面的摆锤是一个重达28公斤的圆铁球,铁球的下方嵌入了一根尖针,尖针深入到地面上摆放的直径6米的沙盘里。
傅科让摆悠然自得地摆动着,随着时间一分一秒地流逝,奇迹出现了,那就是摆在悄悄地发生着移动,并且是沿顺时针方向发生旋转。
开始时,人们明明看到摆球运动到自己眼前,又荡了回去,可经过一段时间后,摆球竟离自己越来越远,眼看着自己没有移动,那一定是摆平面发生了移动。
傅科选用较长的金属丝,是为了让摆动的时间达到足够的长度,这样便于观察摆动的变化,同时选用较重的摆球,是为了增加摆本身的惯性和动量,以克服空气的阻力。
由于地球的自转,每一个观测者都被地球带着运动,尽管观测者站在原地没有动,可脚下的地面是动了,也就等于把观测者悄悄地带离了原地。
这也是人类第一次用来验证地球自转的实验装置。该装置可以显示由于地球自转而产生科里奥利力的作用效应,也就是傅科摆振动平面绕铅垂线发生偏转的现象,即傅科效应。实际上这等同于观察者观察到地球在摆下的自转。
傅科摆的摆动作为地球自转的有力证据,现已为世界所公认。我国北京天文馆的大厅里就有一个傅科摆,一个金属球在一根系在圆穹顶上的长长细线下来回摆动着。下面是一个刻着度数的像铁锅似的大圆盘,人们可以由此读取摆动平面旋转的度数。
先用一只脸盆装满水,放在水平且不易振动的地方,待水静止后,轻轻放下一根木质细牙签,并在牙签的一端做一个记号,记住牙签的位置,过几个小时后(最好在10个小时以上),再去看时你就会发现,牙签已经转动了一定角度,看起来好像是牙签在转动,其实它并没有转动,而是地球在转动.在北半球,牙签作顺时针转动,因为地球自转在北半球看起来是逆时针方向的.南半球则与北半球相反.
地球的自转力量是怎样来的?整个宇宙也是在不停地自转吗,力量又从何而来?
这个问题的信息量太大了,人类还没有掌握那么大的知识量,对宇宙的了解只是一点皮毛,宇宙到底有多大都还不知道,又如果知道整个宇宙是不是在转动的。不过根据人类目前对物理学上的认识,宇宙中不存在绝对静止的物体,那么我们也只有推断宇宙本身也是运动的,至于能量来自哪里,对不起,真的不知道。要知道这些,必须要对宇宙有了全面的了解后才能回答,显然,人类现在还没有这个能力。
至于地球自转的力量又是哪里来的,这个科学家们也有过各种理论,但都只是假说,没有一个肯定答案。有一种假说是建立在另一个假说上,就是先假说以太是真实存在的,而且存在的范围是无限大的,还是一直为运动状态的。那我们的地球是处于这个以太中的,就会受到以太的作用力,在这个作用力下地球就跟着以太运动的方向而运动。但是地球另外还受到一个太阳的吸引力,在两种力的相互作用下,地球就开始了自转。
这是假说之一,说实话,估计没几个人会认可这种说法,毕竟是假说性的,缺乏真实有效的说服力。
另外一种理论呢,把地球的公转考虑了进来。说是在宇宙中没有绝对静止的物体,大质量的天体在受以各种外力作用下,为了保持自身的平衡,那么它就必须依靠自转的方式来维持这个平衡。关于这一点呢,可以从陀螺的运动中来参考,因为自转的物体能够减小外力带来影响。
而比较传统的认为是,太阳和那些行星都是形成于最初的旋转星云,旋转星云在自身的引力作用下会发生收缩,而在收缩时,由角动量必须守衡,星云收缩得越快,那它就必定旋转得更快,当星球形成以后,当初的角动量就转变成了星球自转的角动量了。地球的自转能量也是这么来的。
但不管什么样的理论,目前来说都是假设性的说法。虽然是假说,但对人类科学家探索宇宙是有帮助的,他们会以此做为参考来研究星体运动,也会以实际研究结果来证明或推翻这些理论的正确性。
关于地球的自转形成原因,其实还有不少的科学实验,这里去细说了。总之,宇宙的神秘之处太多太多,解开其中一个,还会有更大的神秘在后面等着我们,人类只能一步一步的前进,这个过程将会是艰难而漫长的。
这是由于任何天体都是扁球形,由于其本身的非均一性和某些外力作用而开始自转。