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  宇宙间的天体都在旋转,这是它们运动的一种基本形式,但要真正说明这个问题,首先要弄清楚地球和太阳系是如何形成的,因为地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。天文学家普遍认为,太阳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气体云,因受到某种扰动影响,再加上引力的作用而向中心收缩。

  经过漫长的演化,中心部分物质的气温越来越高,密度也越来越大,*后达到了可以引发热核反应的程度,从而演变成了太阳。太阳周围的残余气体,慢慢形成了一个旋转的盘状气体层,经过收缩、碰撞等复杂的过程,在气体层中凝聚成固体颗粒、微行星、原始行星,*后形成了一个完整的太阳系天体。

  大家知道,如果要测量物体直b℃运动的快慢,应该用速度来表示,但是如何来衡量物体旋转的状况呢?有一种办法就是用“角动量”。一个绕定点转动的物体,它的角动量就是质量乘以速度,再乘以该物体与定点的距离。物理学中有一条非常重要的角动量守恒定律,就是说,一个转动的物体,只要不受外力作用,它的角动量就不会因物体形状的变化而发生变化。

  例如一个芭蕾舞演员,当他在旋转的时候突然把手臂收起来(质心与定点的距离变小),他的旋转速度就会自然而然地加快,因为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有非常重要的作用。原始星云原本就带有角动量,在形成太阳系之后,它的角动量仍然不会损失,但已经发生了重新分布,各个星体在漫长的演变过程中都从原始星云中得到了各自的角动量。

  由于角动量守恒,行星在收缩的过程中转速也将越来越快。地球也是这样,它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以及地球的自转中:我们很容易产生错觉,常常以为地球的运动是匀速运动,否则每一日的长短也会改变。物理学家牛顿就这样认为,他把宇宙天体的运动看成是上好发条的钟,认为它们的运行准确无误。

  而实际上地球的运动也是在变化的,而且非常不稳定。有人研究“古生物钟”(研究保存有反映周期性生长变化的饰纹等特征的化石,如珊瑚、双壳类、叠层石等。可利用它们计算生物的年龄,研究地球自转速率的变化等)时发现,地球的自转速度逐年变慢。距今4。4亿年前的晚奥陶纪,地球公转一个周期需要412天;而到了4。

  2亿年前的中志留纪,每年只有400天;到了3。7亿年前的中泥盆纪,一年为398天;到了1亿年前的晚石炭纪,每年大约是385天;到了6500万年前的白垩纪,每年是376天;而现在一年是365。25天。科学家认为,产生这种现象的原因,是由于月球和太阳对地球潮汐作用的结果。

  在地球上,面向月球及其相反方向的海面会因潮汐力而发生涨潮现象,面向月球一侧的涨潮是因月球的引力大于离心力之故,而相反一侧则是因为离心力大于引力的缘故。当发生潮汐时,海水与海底产生摩擦,使得海面发生变化需要一段时间,因而对地球的自转产生牵制作用。

  这种牵制力会使地球自转减慢。由于人类发明了石英钟,便可以更准确地测量和记录时间。通过一系列观测和研究发现,在一年内,地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转比较缓慢,秋季则加快。科学家认为,这种周期性变化的原因,与地球上大气和冰的季节性变化有关。

  另外,地球内部物质的运动,如重元素下沉,轻元素上浮等,都会影响到地球的自转速度。除此之外,地球公转也不是匀速运动。地球公转的轨道是椭圆形的,*远点与*近点相差大约500万千米的距离。当地球由远日点向近日点运动,离太阳近的时候,受太阳引力的作用就会加强,速度也就变快。

  由近日点到远日点时则相反,地球的运行速度会减慢。另外,地球自转轴与公转轨道并不是垂直的,地轴也并不是稳定的,而是像陀螺一样在地球轨道面上作圆锥状旋转。地轴的两端也不是始终指向天空中的某一个方向,而是围绕着一点不规则地画圆。地轴指向的不规则,是地球运动所造成的。

  由此可知,地球的公转和自转包括了许多复杂的因素,并不只是简单的线速或角速运动所能概括的。

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