深度长文：地球重达60万亿亿吨，转了 45 亿年，到底靠什么动力？

先给答案：地球自转的动力，来自45亿年前太阳刚形成时，星云汇聚过程中的角动量。

星云汇聚形成太阳过程中，就在转动，太阳的一部分角动量分配给了地球（还有其他天体）。

首先得明确一点：地球并不是什么"永动机"。

很多人一听到地球转了45亿年还在转，第一反应就是"这不就是永动机吗"？

还真不是。

地球不仅不是永动机，而且它还在不停地"刹车"，正极其缓慢地减少着角速度。

只不过这个"刹车"的力道实在太小了，小到我们人类几千年的文明史根本感觉不到。

如果50亿年后，衰老成红巨星的太阳没有吞噬地球。

地球的自转，最终也会停下来，只不过时间会相当漫长。

长到什么程度？

长到你根本无法想象。

其实不止地球，宇宙中任何星体都会旋转。

小到小行星，大到恒星甚至星系，没有不转的。

为什么都在转？

因为它们的动力，都来源于形成之初，引力势能的转化。

说白了，就是"掉"出来的。

怎么理解呢？

你想象一下，一颗正在形成的恒星。

或者说，任何星球的形成过程，本质上都是一样的。

就是一堆散落在宇宙中的物质，在引力的作用下，往中间"掉"。

恒星也好，行星也罢，都是这么来的。

只不过恒星的物质来源，是氢气为主的星云。

行星的物质来源是星际尘埃，而星际尘埃的主要物质，是超新星爆发所产生的物质。

什么铁啊，氧啊，镁啊，硅啊，甚至比铁更重的元素，还有各种化合物。

这些都是上一代恒星"死"了之后，炸出来的"残渣"。

我们的地球，说白了就是宇宙"垃圾"凑出来的。

这些原始物质，一开始都是分散在星空中的，稀稀拉拉的。

然后在引力作用下，开始往一起汇聚。

在汇聚的过程中，星际物质互相碰撞，速度叠加、方向叠加。

你想啊，那么多粒子，从四面八方往中间掉，方向能完全一致吗？

不可能的。

有的往左偏一点，有的往右偏一点，有的快一点，有的慢一点。

这么多粒子撞来撞去，最后肯定会形成一个整体的旋转方向。

要么逆时针，要么顺时针。

就这么简单。

旋转的物质结合在一起，最终就形成了一颗不停旋转的星球。

太阳也是这么转起来的，它的自转周期大约25天。

不过因为太阳是气态的，各部分自转速度还不一样，赤道转得快，两极转得慢。

这也挺有意思的，但今天不是重点。

重点是，这些旋转的能量，从哪来的？

能量守恒嘛，总不能凭空产生吧？

还真不是凭空产生的。

如果是一颗孤立的星球，当星际物质结合成星体后，完全符合能量守恒。

满足一个等式：引力势能 = 动能 + 势能转化的热能。

说白了，就是这些物质从老远的地方"掉"到一起，掉的过程中势能减少了，变成了动能和热能。

就像你从楼上往下跳，势能减少，动能增加，最后"啪"的一声落地，动能又变成了热能。

星球形成也是一个道理，只不过规模大了无数倍。

而且热能除了引力提供外，还有核能提供。

恒星的核聚变就不用说了，行星内部也有重核衰变在放热。

地球的地核为什么那么烫？一部分就是放射性元素衰变放的热。

从这个等式也能看出来，对于一个孤立星球来说，无论如何形成，它的自转动能，永远低于它的重力结合能。

这个就不展开了，有点超纲。

说了这么多，地球的自转动能到底有多大？

给你算一下，感受一下。

旋转体的动能公式是：E = ½Iω²。

I是转动惯量，实心球的转动惯量是 I = 2/5 MR²。

地球质量大约6×10^24公斤，半径大约6400公里，角速度大约7.29×10^-5弧度/秒。

算下来，地球的自转动能大约是2.6×10^29焦耳。

这个数字是什么概念？

人类当前的能源利用功率大约是2×10^13瓦。

按照这个功率，人类需要4亿年的时间，消耗的总能量才能相当于地球自转的动能。

看到了吧，这能量是真的庞大。

也难怪地球转了45亿年还没停下来，家底太厚了。

不过话说回来，现实中运动的物体最终都会停下来，因为有摩擦。

那么星体在宇宙中旋转，是不是也会因为摩擦减速呢？

当然是存在的。

因为真空不空。

很多人以为宇宙真空就是什么都没有，其实不是。

就拿我们整个太阳系来说，我们其实是处在本星际云之中的。

太阳在4.4~15万年前进入了本星际云，大约1~2万年之后就会离开。

即便离开了本星际云，也还处在本星系泡之中。

这些都是宇宙中的"气体云"，虽然极其稀薄，但确实有物质。

有多稀薄呢？

本星际云的密度是0.26个原子每立方厘米，本星际泡的密度是0.1个原子每立方厘米。

听起来是不是很少？

给你对比一下就知道了。

1克的水，就有3.344×10^22个原子。

你自己算算差了多少个数量级。

也就是说，地球与星际物质即便存在摩擦损耗，能量损耗的比率也至少低于1/10^23。

这个数字小到什么程度？

小到你根本无法想象。

即便按照每秒损失这么多的能量比来算，地球要完全停下来的时间是3000万亿年。

这个时间远远超过当前宇宙寿命的20万倍。

对于地球形成到现在，短短数十亿年的损耗来说，几乎可以忽略不计。

甚至还没有地球大气散逸带走的能量更多。

而且地球还经常受到陨石、小行星的撞击，这些撞击带来的能量，可能比摩擦散失的还多。

搞不好撞击还能给地球"加个速"。

所以说，太空摩擦让地球变慢？

有是有，但可以忽略。

那问题来了，既然摩擦损耗这么小，地球又是怎么变慢的呢？

因为地球的速度，其实相比起45亿年前，已经慢了很多很多。

刚刚形成的时候，一昼夜只需要数个小时。

哪怕5亿年前的寒武纪，一天也只有21个小时。

现在一天是24小时，以后还会越来越长。

这是怎么回事？

主要在于月球的影响。

提到月球的影响，就不得不说月球是怎么形成的。

45亿年前，星际尘埃汇聚成了无数的陨石，陨石撞击、汇聚形成众多的小行星。

小行星再互相撞击，形成更大的行星。

太阳系最初形成的行星其实很多，原始的地球只是其中一颗。

然后，一颗叫做忒伊亚的行星，撞上了原始地球。

这一撞，撞出了月球。

月球形成曾有诸多学说，什么俘获说、同源说、分裂说等等。

但现在撞击说已经是主流了，NASA和BBC做的视频或纪录片，都是直接采用撞击说。

这个撞击的过程相当壮观，不过今天也不是重点。

重点是，月球刚形成的时候，离我们特别近。

一开始月球距离我们只有2.25万公里，只有现在38.4万公里的1/17。

当时看到的月球，也比现在大很多很多。

地球对月球的引力，是现在的290倍。

也正因为如此，地球很快就"锁住"了月球。

什么叫锁住？就是月球的公转周期等于自转周期。

说白了就是月球永远只有一面对着地球，另一面我们永远看不到。

这就是潮汐锁定。

而月球对地球的潮汐力呢？

地表形成的潮汐力是现今的5000倍。

那时候的地球，地表大多数是液态的水。

水被月球吸引，从而形成潮汐作用。

水跟着月球走，与地球自转出现相对运动。

地球变慢的关键，就是这个潮汐力。

地球自转动能的降低，主要在于两个方面。

第一，潮汐力带来地表物质相对速度的不同，形成摩擦，动能转变成了热能。

说白了就是海水和海底摩擦，还有海水内部的摩擦，都在消耗地球的自转动能，最后变成热量散掉了。

第二，潮汐力把月球一步步推得更远，地月系统的动能，部分转变成了月球的引力势能。

这个怎么理解呢？

你可以这么想，地球转得比月球公转快，潮汐隆起的部分会被地球带着"跑"在月球前面。

这个隆起的部分对月球有引力，相当于在"拉"着月球往前走。

月球被往前拉，速度就会增加，速度增加了，轨道就会升高，离地球就更远了。

就这么简单。

月球每年远离地球大约3.8厘米。

听起来不多，但架不住时间长啊。

几十亿年下来，就从2.25万公里变成了38.4万公里。

当然，在月球的作用下，地球的自转是不可能完全停下来的。

因为地球的自转速度远远快于月球的公转。

当地球自转降低足够低的时候，月球已经足够远了。

由于月球动能损失并不大，此时地球的引力将不足以吸引月球，月球将永远离开地球。

不过，这个时间可能至少100亿年以上。

但无论怎么样，依靠潮汐力，不可能让地球停止自转的。

等等，月球不行，那太阳呢？

太阳对地球形成的潮汐力，是否可能锁定地球，让地球自转停下来呢？

如果真的被太阳潮汐锁定了，会是什么样？

其实就是地球的自转角速度变得和公转一模一样。

说白了就是一面永远对着太阳，一面永远背对着太阳。

就像现在的水星那样，不过水星是3:2的共振，不是完全锁定。

金星更有意思，金星公转周期224.7天，而自转因为大气潮汐效应，朝相反方向自转，周期243天。

金星在未来，或许会成为被太阳最早潮汐锁定的行星。

但地球要被太阳锁定却并不那么容易。

因为地球自转很快，一年有365个周期。

地球现今的自转动能，相对于锁定时的自转动能，高出10万倍。

差距太大了。

在太阳引力下，地球自转变慢，同样在于潮汐作用下，地层内部摩擦动能转化成热能。

而热能是会通过热辐射，释放进入宇宙的。

根据地球半径、地日的距离关系来看，在某一刻，地球正对太阳和背对太阳的两面，受到的引力差，大约只有地球受到太阳引力的1/10^14。

太阳对地球引力的平均值大约是3.5739×10^22牛。

引力差的数量级大约是10^8牛。

考虑地球自转和锁定自转速度差，功率数量级大约是10^11瓦。

这个功率听起来不小，但跟地球的自转动能比起来，还是太小了。

预估地球被太阳潮汐锁定的时间，至少500~1000亿年。

由此也可以看出，虽然地球变慢的主要因素来自月球，但太阳至少也有10%的功劳。

月球对地球的潮汐力大约是太阳对地球的6倍左右。

所以说，月球是主力，太阳是辅助。

但无论月球远离，还是地球停止自转，这个时间都相当的漫长。

极有可能永远都等不到那一天。

为什么？

因为太阳等不了那么久。

50亿年后，太阳的主序星历程就结束了，会化作红巨星，膨胀250倍。

会吞噬水星和金星，或许还有地球。

即使没有吞噬地球，也会把地球“汽化”，地球变成炼狱星球。