地球为什么会自转和公转

自转原因
关于地球自转的各种理论目前都还是假说.考虑地球自转的成因应该和地球公转结合起来,
[陀螺仪和地球]
陀螺仪和地球
在宇宙中没有绝对静止的物体,受到各种外力的大质量的天体为了保持自身运动的平衡性必然依靠自传来维系平衡性.小质量的粒子由于运动的速度极快,也必须依靠自传来维系自身运动的平衡.这一点可以参考陀螺的运动原理,自转的物体在运动中对外力的耐受性较高.
一、地球在自转≠地球自己转
今天人们所说的“地球自转”,只是在描述地球自身绕日运行的姿态,它相对于太阳的位置而言,每 24小时旋转一周；相对于恒星的位置而言,每23小时56分旋转一周,这是现行时间标量的依据,是太阳日和恒星日日长的由来,也是地球出现朝、昼、暮、夜的原因.“地球自转”这一概念揭示的是“地球在自转”这一自然现象. 其实,古希腊的费罗劳斯、海西塔斯等人早已提出过地球自转的猜想,中国战国时代《尸子》一书中就已有“天左舒,地右辟”的论述,而对这一自然现象的证实和它被人们所接受,则是在1543年哥白尼日心说提出之后.
然而,地球为什么会自转 自转的原因是什么 自转的动力从哪里获得 为什么选择现在的方向、姿态、速度自转 这些都是现代科学至今没有解决的问题.它不是要求去重复说明“地球在自转”这种已被证实的自然现象,而是要求弄清地球自转现象背后的原因,要求弄清地球自转的动力来源及其制约因素.
“地球自己转”已经是在说明地球自转的原因,它要肯定的是：地球自转的动力在于“自己”,在于地球内部而不是外部,在于自身具有的内力而不是外力.否定“地球自己转”并不是否定“地球在自转”这一现象,而是否定地球内部有推动自己旋转的动力,如同水磨旋转的动力并不在于磨体内部一样.故“地球在自转”不等于“地球自己转”,它们是两个不同的概念,若把两者等同起来,便是一种“误等”.
“地球在自转”不等于“地球自己转”,康德拉普拉斯关于地球自转动 力来源于地球内部的“星云假说”误导了地球科学.地球无故不会转,它内部没有动力!现地球之所以24小时自转一周,是因为它在以每小时10万多公里的速度绕日公转,且途中遇到太阳风的侧面推力,使高空产生等离子西风环流,高空西风又推动地面西风和向东涌的洋流,进而推动地球自西向东旋转.
二、“误等”误导了分支科学
几个世纪以来,人们似乎习惯于把“地球在自转”的现象归结为是地球自身的行为,并未更多地意识到这两个概念的不同,也没仔细质疑过“地球自己转”的动力来源.一代代人大胆地在“地球自己转”这一基础上,开垦着一块块分支科学的园地,其中地质力学、大气动力学等,把地球自转所产生的角动量、惯性、科里奥利效应等,引为自身的力源；天体物理学用“地球自己转”的原理,去解释其它行星、天体的运动；哲学家们据此概括出“事物运动的动力都存在于事物内部”这样的普遍规律；还有的分支学科运用这一原理“圆满地”解释过其它自然现象.在这样的气氛下,谁若撬 “地球自己转”这块基石,难免会触动一系列分支学科发生连锁地震,科学界必群起而攻之.
问题是,由“误等”误导的这些科学分支已经走到非常困难的境地.如气象学一直以为,风就是由于 “地球自己转”而产生纬向环流的,而金星243天才自转一周,它却有比地球更大的纬向风,又作何解释 地质力学认为,山脉是地壳跟不上“地球自己转”的转速而向西滑动堆挤而成的,那么金星自己几乎不转,它地表上两条巨大的山系和大峡谷是怎么来的 另外抱给你一个地球,把它放在太空同样的轨道上,它会自转吗 到底地球自己转还是不转的问题,已经尖锐地提到现代科学的面前,无法回避.
三、虚构的“星云说”
科学并没有做错题,结论与事实不符的原因在于被康德拉普拉斯星云说所误导.自哥白尼证实地球在自转这一现象后,人们就开始探索地球自转的动因.300年前的牛顿力学便精确地描述了地球的自转及其进动,但牛顿并未从物理学上论及地球自转的动力来源,而是简单地把它归因为上帝的“第一推动”.
1755年,康德在《宇宙发展史根据牛顿定理试论整个宇宙的结构及其力学起源》一书中,虚构出一种“原始星云”,地球在这种星云的引力收缩中诞生,于是保留着收缩时所产生的旋转惯性,从此永恒地按牛顿惯性定律旋转,“地球自己转”的动力是地球形成时与生俱来的,地球自转的原因在于地球物质自身的引力,力源在地球内部,地核的旋转角速度应大于地壳. 随着拉普拉斯把这套虚构的假说数学化,康德拉普拉斯星云说诞生,“地球自己转”被公认为是“地球在自转”现象的原因,并成为战胜上帝推动说的有力武器.
当然,琼斯捷费利斯的碰撞潮汐说、施米特的俘获说、本纳季的新灾变说等,在地球旋转惯性的最初来源问题上提出过不同看法和推导,但在地球自转的力源问题上与康德并无两样,即地球内部一直保留着某种原始的旋转惯性.这些假说的推论过程有一个共同特点,即第一大前提都是虚构的,没有观测和实验的证据.
科学不能建立在无法实验验证的假说基础之上,康德拉普拉斯星云假说是不可靠的,不能作为科学立论的基础.
传来,因为星云是不发光的.现既然有星光传来,说 明那里没有星云.同理,50亿年后,那里的人类看到咱们太阳的星光时,也说我们这里曾是 原始星云,你信吗?
四、地球无故不会转
还是抱给你一个地球,把它放在同样的轨道上,它会不会转呢 也许你认为,若不预先给它一个旋转惯量,它就不会转.那你可错了,又在重复宇航时代初期的思路. 60年代,原苏联与美国曾向太空发射探测太阳辐射的人造卫星,让镜头固定地对准太阳并绕太阳公转,可出人意料的是,卫星在太空胡翻乱滚,镜头东摇西晃,根本无法给太阳拍照.卫星内部没有康德式引力收缩,也没预先给定一个旋转惯量,卫星为何无故而转呢 一次次失败使科学家们对传统的太空观念产生了怀疑,太空除引力、磁力之外,必还有第三种力,不然,太空中的物体,包括地球,无故自己不会转.
五、太空第三种力
70年代,太空探测发现太阳在刮“风”!即太阳表面的等离子体微粒流在向四面八方猛吹,在地球轨道附近实测平均风速约为450公里/秒,有时达到770公里/秒.微粒流中绝大多数是氢原子核,其次是氦核及少量其它元素的原子核. 这些带电粒子流在地球轨道空间呼啸而过,对阻拦它们前进的一切障碍都会给予一定冲力,它把太空探测器吹得左旋右转,把彗星的气体和尘埃从彗头吹出,形成几千万公里长的彗发,把地球磁层吹变形,迎风面被挤压在约8万公里半径之内,而避风面却延长到200多万公里之遥.
地球磁层实际就是地球磁场俘获的等离子微粒圈层,由于它的屏蔽作用,高速撞来的太阳风质子流便停止在它的外沿,形成所谓“激波”.太阳风中每个氢原子核撞击地球等离子圈层的力可由牛顿第二运动定律求得.
F=ma
一个氢原子核的质量m为1 .67×10 -27 公斤,a为它的加速度,a=(v-v 0)/t,如这个氢原子核撞向地球等离子层后,其速度v在1秒钟内从460公里/秒变为0,那么a就为460000米/秒 2,由此而知这个氢原子核作用于地球等离子圈层的力为7 68×10 -22 牛顿. 地球等离子圈层(磁层)半径约31万公里,其最大截面面积约3×10 21 厘米 2,已知地球轨道附近太阳风的密度约每厘米 3含5个氢原子核,那么每1秒钟内撞向地球等离子圈层的氢原子核数将为6 .9×10 29 个,由此可求出太阳风每秒钟作用于地球等离子圈层的总推力为5. 3亿牛顿.这个力相当于使5 3亿吨的物体每秒钟获得1毫米的加速度,而整个地球等离子大气的质量不超过6000吨,故向日面的等离子大气完全在太阳风力的支配之中.因等离子体浮在地球大气之上,大气是等离子体的载体,太阳风对等离子圈层的这个压力必然向下传递,使大气圈层也产生相应的形变. 据气象学对地球大气的测定,地球大气总重量约5300万亿吨,而背日面大气通常比向日面大气厚1/10.也就是说,背日面大气比向日面大气重530万亿吨?如果太空没有一个外力,大气应该平衡地分布在地球质心的两侧,那么这5.3亿吨的外力是从哪里来的呢 显然是太阳风力,是太阳风通过带电粒子压迫地球等离子层,而间接作用于地球大气的结果.
太阳风是太空中的第三种力,像一只看不见的巨掌推顶着地球,当然,由于地球的质量太大,它无法把地球推出轨道,但它恒久地作用于地球的一侧,必然影响地球在太空的行走姿态,地球自转必然与太阳风力有关.
六 5 .3亿吨的无形负荷
如果地球静止在太空,那么太阳风的风力再大,其压力F 1、F 2都平衡地作用在地球质心的两侧,它能把地球沿X轴方向向右推出,但无法把地球推转. 事实上,地球并没有停止在太空,而是以每小时10万公里的高速绕着太阳公转,对于一个运动着的天体来说,情况就不同了,太阳风的压力偏在Y轴的左侧,这就必然产生一个力矩.从理论上说,一个飘浮在太空的物体是没有摩擦阻力的,只要有哪怕仅1公斤的力矩,也能扳动一个巨大天体的转柄,因为1公斤的外力就已经打破了天体围绕质心的平衡.
由于太阳风粒子流的质点运动方向与地球公转轨道的角度接近90°,而且恒久地作用在向日面一侧,故可设太阳风的合力作用在C点,且压力为5 3亿吨,而C点的物质随O点沿Y轴高速前进时,这个横向压力就成为C点纵向前进时的摩擦阻力,相当于左半球被一个气体刹车瓦包住或外加了一个5 3亿吨的无形负荷.同水面滚动 的气球一样,球皮与水面的接触点就是滚动摩
擦点,相当于C点. 一旦C点附近出现一个摩擦阻力,就会使左半球作减速运动,无阻力的右半球仍在惯性作 用下按原速沿Y轴运动.假如右半球的惯性力集中在A点、方向与Y轴相
同、力F刚好为5.3亿牛顿,力臂r取地球赤道半径的一半,即取3189公里,A点力矩M便由下式可得：
M=r×F
=3189000米×5 .3亿牛顿
=1 .7×10 15 米?牛顿
这个力矩M使A点总是快于地球公转前进的平均速度,导致地球绕地轴O点作逆时针圆周运动,即从北极看,自西向东旋转.
七、旋转的等离子风轮
数数夏夜的流星,也许有人会问,哪来这么多石块向地球大气层坠落呢 其实,地球所行走的空间除有无数石块、冰块、沙粒、尘埃之外,还有大量游离的等离子气团飘浮在太空.人在马路上疾行,会感到有风拂面,这个迎面风是由于人向前行走产生的,且叫它“行走风”.地球在太空高速“行走”,太空中的游离气团也会迎面而来,产生地球的行走风,地球行走风与Y轴平行,但方向相反,同太阳风相互垂直,共同作用于地球.
行走风对地球最外层的等离子气体圈层形成一定压力,把D区的大气向B区压、导致OD一面的 气层薄,OB一边的气层厚,即OB>OD. 太阳风对地球最外气层形成更大的压力,
把C区的大气向E区压,导致OC一面的气层比OE一面的薄,即OE>OC. 比较这两股风力对地球等离子风轮的影响,太阳风的风速是450公里/秒,而行走风的风速才29 .8公里/秒,行走风比太阳风的风速小十几倍.另外,行走风只是偶然地、局部地、一阵阵地碰向地球的外层大气,而太阳风则是恒久地、全面地、连续地作用于地球,故太阳风是推动地球风轮的主力.
由于太阳风的压力更大,它对地球气轮的运动起决定作用.因CD区的大气受力面积要比CB区小,故太阳风作用于CB区的压力要比CD区大.地球质心两边的力臂长短不一,OB>OD,两侧受力失衡,故地球气轮出现逆时针旋转的趋势. 由于靠近B点的等离子离地心远,地心引力小,故更易被太阳风吹向A区,而一旦CB区的大气向BA区挤压,A区大气就会在重力作用下向AE段运动,OBAE 一区的大气压力就大于ODE区,大气向D区移动,DC段的大气又向CB段填充,整个地球气轮开始旋转,成为地球的等离子风轮.
八、风轮裹着地球转
即使太阳风有5 .3亿吨的压力,也还不到地球质量的万亿分之一,直接用该力来说明地球这个巨大刚体的旋转,显然是无稽之谈.前面把太阳风力作为扭动地球转柄的外力矩,只是一种设定.事实上,太阳风力不可能直接作用于地球刚体,它通过风轮和水轮间接地把力传递给地球,最终导致地球自转. 随着等离子层高度的降低,等离子体比重增大,大气密度增高,到50～500公里高度内,基本上全是高空稀薄大气层了.这一稀薄大气层是等离子层的载体,等离子西风风轮的旋转,必然粘滞它作同向环流.实测证明,50公里以上的稀薄大气层,全部由西向东作纬向环流.它已是计算导弹弹道的一个重要因子,即“高空西风因子”,它的平均风速约900米/秒,但由于大气非常稀薄,它的风是急而无力的.
50公里以下的低空大气是高空稀薄大气的载体,高空西风因子又粘滞低空大气作全球性西风环流,这样便启动了整个地球的风轮.风力由外圈向内圈传递,形成包围整个地球的西风系统,地球悬浮在旋转着的风轮中,风轮裹着地球同它一起自西向东旋转,如图3 所示.
地球表面70%是海洋,海洋是地球的水圈,是大气的主要载体,大气西风环流必然会吹动粘滞洋面作同向环流.事实上,地球上的洋流全是由风力所支配的,如环南极西风漂流,便在常年西风吹动下永不停歇地自西向东涌流.如果地球上没 有陆
地,那么,海水就会在西风系统驱赶下作全球性纬向环流. 海水向东涌流,当然会粘滞海底、推涌海岸向东旋转.地球最大水域中的太平洋西风洋流便每时每刻都在把科迪勒拉山系向东推涌,这条全球最长的海岸山系便成为地球的最大转柄.太阳风就这样通过风轮、水轮抓住了地球这个刚体的转柄,地球就这样被一级一级地推动着自西向东旋转.

地球同太阳系其他八大行星一样，在绕太阳公转的同时。围绕着一根假想的自转轴在不停地转动，这就是地球的自转。
几百年前，人们就提出了很多证明地球自转的方法，著名的“傅科摆”使我们真正看到了地球的自转，但是，地球为什么会绕轴自转？为什么会绕太阳公转呢？这是一个多年来一直令科学家十分感兴趣的问题，粗略看来，旋转是宇宙间诸天体一种基本的运动形式，但要真正回答这个问题，还必须首先搞清楚地球和太阳系是怎么形成的。地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。
现代天文学理论认为，太阳系是由所谓的原始星云形成的，原始星云是一大片十分稀薄的气体云，50亿年前受某种扰动影响，在引力的作用下向中心收缩。经过漫长时期的演化，中心部分物质的密度越来越大，温度也越来越高，终于达到可以引发热核反应的程度，而演变成了太阳。在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层，经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程，在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星，最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体。
我们知道，要测量一个直线运动的物体运动快慢，可以用速度来表示，那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢？一种办法就是用“角动量”。对于一个绕定点转动的物体而言，它的角动量等于质量乘以速度，再乘以该物体与定点的距离。物理学上有一条很重要的角动量守恒定律，它是说，一个转动物体。如果不受外力矩作用，它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。例如一个芭蕾舞演员，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候（质心与定点的距离变小），他的旋转速度就会加快，因为只有这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用。
形成太阳系的原始星云原来就带有角动量，在形成太阳和行星系统之后，它的角动量不会损失，但必然发生重新分布，各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒，各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外，它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转，地月系统的相互绕转和地球的自转中，这就是地球自转的由来，但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动还需要科学家们做大量的研究工作。
这就是说，在地球的形成过程中，运动——尤其指旋转，自始至终伴随着地球的形成过程而不是地球形成之后再在某种原因下开始自转或公转的。
太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转，而且是按照右手定则的规律自转，所有或者说绝大多数天体的公转也都是右手定则。为什么呢？太阳系的前身是一团密云，受某种力量驱使，使它彼此相吸，这个吸积过程，使密度稀的逐渐变大，这就加速吸积过程。原始太阳星云中的质点最初处在混饨状，横冲直闯，逐渐把无序状态变成有序状态，一方面，向心吸积聚变为太阳，另外，就使得这团气体逐渐向扁平状发展，发展的过程中，势能变成动能，最终整个转起来了。开始转时，有这么转的，有那么转的，在某一个方向占上风之后，都变成了一个方向，这个方向就是现在发现的右手定则，也许有其他太阳系是左手定则，但在我们这个太阳系是右手定则。地球自转的能量来源就是由物质势能最后变成动能所致，最终是地球一方面公转，一方面自转。

地球为什么会绕轴自转？为什么会绕太阳公转呢？这是一个多年来一直令科学家十分感兴趣的问题，粗略看来，旋转是宇宙间诸天体一种基本的运动形式，但要真正回答这个问题，还必须首先搞清楚地球和太阳系是怎么形成的。地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。
现代天文学理论认为，太阳系是由所谓的原始星云形成的，原始星云是一大片十分稀薄的气体云，50亿年前受某种扰动影响，在引力的作用下向中心收缩。经过漫长时期的演化，中心部分物质的密度越来越大，温度也越来越高，终于达到可以引发热核反应的程度，而演变成了太阳。在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层，经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程，在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星，最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体。
我们知道，要测量一个直线运动的物体运动快慢，可以用速度来表示，那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢？一种办法就是用“角动量”。对于一个绕定点转动的物体而言，它的角动量等于质量乘以速度，再乘以该物体与定点的距离。物理学上有一条很重要的角动量守恒定律，它是说，一个转动物体。如果不受外力矩作用，它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。例如一个芭蕾舞演员，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候（质心与定点的距离变小），他的旋转速度就会加快，因为只有这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用。
形成太阳系的原始星云原来就带有角动量，在形成太阳和行星系统之后，它的角动量不会损失，但必然发生重新分布，各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒，各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外，它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转，地月系统的相互绕转和地球的自转中，这就是地球自转的由来，但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动还需要科学家们做大量的研究工作。
这就是说，在地球的形成过程中，运动——尤其指旋转，自始至终伴随着地球的形成过程而不是地球形成之后再在某种原因下开始自转或公转的

地球会自转和公转，是因为地球“继承”了一部分太阳系形成时星际云整体的旋转角动量。
整个太阳系形成于一团星际气体尘埃云。当这团星际尘埃气体云在引力作用下收缩时，任何一点微弱的偏向力都会因为角动量守恒，而在收缩过程中被放大，并逐渐统一为星际云整体的旋转。旋转的结果是，中央质量集中部分形成了太阳，边缘质量较小的部分再次收缩凝聚，形成了包括地球在内的若干颗大行星。
在这些行星形成时，其中一部分旋转角动量就会随着质量的集中，转移到行星上，让行星产生自转和公转运动。
这也是太阳系中各大行星的自转方向与公转方向全都一致，全都是自西向东转动的原因。

天体自转原因：当天体磁场统一了原子的自旋方向后，天体热辐射的光线沿着原子的切线方向射出，天体在光线的反作用力推动下自转。
【天体自转漩涡定律】天体自转速度决定其漩涡速度，天体自转速度越快，其漩涡速度越快。（中国王氏2020）
天体公转原因：天体自转带动其周围的光子集合体漩涡运动，漩涡推动其中的天体公转。
【天体公转漩涡定律】漩涡速度决定天体的公转速度，漩涡速度越快，天体的公转速度越快。（中国王氏2020）
漩涡半径距中心越远，速度越慢。例如：行星距太阳越远，公转速度越慢。
月球在地球漩涡和太阳漩涡叠加的作用下运动。当月球在地球轨道的外侧时，月球的前进速度大于地球的前进速度；当月球在地球轨道的内侧时，月球的前进速度小于地球的前进速度。月球以地球作为参照物，轨道近似椭圆；月球以太阳作为参照物，轨道为螺旋线。
【漩涡效应】航天器经过行星漩涡时，顺流加速，逆流减速。（中国王氏2020）
例如：“旅行者1号”航天器经过木星漩涡时，速度从13千米/秒提高到了25千米/秒。如果“旅行者1号” 没有漩涡效应的加速，是不可能飞离太阳系的。