地球為什麼繞著太陽轉？它又為什麼自己旋轉？

2023-04-01 01:04:18 1

"是什麼導致了地球的旋轉和公轉？"這個問題困擾人類很久了。因為向心力和缺乏摩擦力，地球不能被阻止旋轉？還是因為牛頓第一定律？如果是這樣，向心力從何而來？它是被扔進宇宙並被太陽捕獲的巖石的產物嗎？我不知道輪換的事。有沒有不旋轉的行星，或者旋轉是行星的必要條件？

物理學家:我把這分為兩個問題:「旋轉最初是如何發生的？」「是什麼讓地球保持在軌道上？」。

旋轉最初是如何發生的？地球圍繞太陽的旋轉，就像它自身的旋轉一樣，本質上是運氣不好的結果。

如果你不經意地撿起一個物體並把它扔進空，你會發現幾乎不可能阻止它旋轉，就像星雲一樣(巨大的氣體和塵埃雲凝結成恆星和行星)。它們總是不可避免地有一點旋轉。

當形成星系的氣體雲向內坍縮時，物質在中心整合成一個質量(太陽)，並伴隨著一個盤狀平面，繼續擠壓形成許多行星。這一過程被稱為「積累」，它是來回往復的。

質量在旋轉時傾向於形成一個球體和一個圓盤。

雖然轉動是不可避免的，但它們各自的轉速卻大不相同。木星上的一天只有10個地球日，而金星上的一天有240個地球日。行星旋轉的方向和速度是非常複雜的問題。一些行星是在由氣體和塵埃組成的原始星座(單一結構)中形成的，這也解釋了為什麼太陽系中的行星幾乎以相同的方向旋轉。

地球的自轉和公轉是同一個方向，你在早上6點鐘在地球的「前方」。

一旦小球旋轉，你會發現太陽系充滿了不同大小、運行在不同軌道上的巨大團塊，它們的旋轉仍在相互影響。例如，地球的衛星月球是地球和火星大小的天體的猛烈碰撞，將月球「拋」入地球軌道。月球質量引起的潮汐效應改變了地球旋轉一天所需的時間。天王星也被認為是一次更大碰撞的受害者，這次碰撞使它的旋轉軸與軌道軸(垂直於軌道)傾斜了98度，並且碰撞也極大地改變了它的持續時間。我們不知道它的過去，也不知道它改變了多少。

一般來說，天體旋轉是因為形成它們的星雲在坍縮之前已經在旋轉(雖然不是很快)。那些不在軌道上的物質將落入太陽並成為太陽質量的一部分。如果太陽系中的所有物質都不旋轉，當前太陽的質量將佔太陽系質量的99.86%。

重力-

式中，g是引力常數(表示引力強度)，m是恆星的質量，m是行星的質量，r是恆星和行星之間的距離。它是負的，因為它試圖降低r的值。你可以使用反導數

找到重力勢能。力是勢能導數的負數，意思是「物體會掉下來」。

離心力Fc由以下公式確定

推導，其中r和m相等，「v」指切向速度(即繞恆星運行的行星的旋轉速度，不包括到恆星的徑向距離)。還有一種簡單的方式來表達角動量。經過

導出的l總是常數，用l表示的Fc可以寫成

。這樣，就可以得到「離心效應勢能」Uc。當然，「效應」這個詞只是物理學家的一點幽默:「是的，對我來說，離心力不是力的真正形式。這只是幽默感。不要偏袒任何一方。」。

看總勢能U=Ug+Uc，為什麼軌道能穩定存在似乎有一個答案。為了更好的演示，物理學家經常使用「勢能圖」——一種描述力和能量的直觀方式。不難理解，想像一下把一個小玻璃球放在線上，然後想像它會如何滾動。例如，下面一行的「球」向左滾動，但不要太遠。

勢能曲線由離太陽的距離表示。當行星離太陽太近時，離心力會把它「甩出去」，當行星離太陽太遠時，重力會把它「拉回來」。處於穩定約束軌道的行星沒有足夠的力被拋出勢能曲線的「坑」。這個數字也解釋了為什麼很難進入軌道，因為當你從遠處進入軌道時，會有足夠的力迫使你回到原點。

穩定軌道在勢能曲線的凹槽中。如果太遠的重力把它拉回來，太近的離心力又會把它甩出去。

如果你想有另一個理由對宇宙感興趣，那麼穩定的引力軌道只存在於二維和三維宇宙中！重力和聲波的衰減是一樣的(在我們的例子中是1/R2)，所以假設我們的宇宙是d，重力是Fg

當維數D≥3時產生的重力勢能

。當D=2時。重力勢能

。

維數越高，引力衰減越快。一維宇宙中沒有圓周運動或軌道。二維和三維宇宙中的力在穩定的軌道上保持平衡。四維宇宙中的物體只能落下或飛出(落下或飛出取決於它們的角動量)。五維或五維以上，如果距離很近，重力佔優勢，距離遠離心臟佔優勢。

對於低維宇宙(D /D)，在軌道形成的區域，小R面對更強的離心力，大R面對更強的重力。對於高維宇宙來說，小R面對更強的重力，大R面對更強的離心力，所以物質只有兩種結局——被拋還是落下。在四維宇宙中，力的加強或衰減的強度以相同的比率(~1/R3)增加，因此，一旦一個力比其他力更強，該力將永遠保持強大。

*從天體物理學的角度來看，當彎曲空時，行星只沿直線運動，沒有額外的離心加速度。

作者:物理學家

風雲:黑曜石

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