地球自转轴在空间的运动 地球的极半径约比赤道半径短1/300,同时地球自转的赤道面、地球绕太阳公转的黄道面和月球绕地球公转的白道面, 这三者并不在 一个平面内由于这些因素,在月球、太阳和行星的引力作用下,使地球自转轴在空间产生了复杂的运动这种运动通常称为岁差和章动岁差运动表现为地球自转轴围绕黄道轴旋转,在空间描绘出一个圆锥面,绕行一周约需 2.6万年章动是叠加在岁差运动上的许多复杂的周期运动. 地轴一直指向北极星,永不改变,在太阳轨道上,运动时间相等时,地球与太阳呈的弧形面积相等 傅科摆证明地球自转 1.牙签法 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. 2.炮弹法 地球时刻不停地自转,地面上水平运动的物体,必然相对地发生持续的右偏(北半球)或左偏(南半球).根据这种现象,人们分析射出的炮弹运动的方向,就能证明地球在自转. 3.重力加速度法 地球在时刻不停地自转,由于惯性离心力的作用,地面的重力加速度必然是赤道最小,两极最大;地球不可能是正球体,而必然是赤道略鼓,两极略扁的旋转椭球体.重力测量和弧度测量的结果,证实了这些观点的正确性,也就从一个侧面证实了地球的自转. 4.深井测量法 地球时刻不停自转,由于自转速度随高度而增加,物体自高处下落的过程中,必然具有较高的向东的自转速度,而必然坠落在偏东的地点.为了证实这一点,有人曾在很深的矿井中进行试验.试验结果是:自井口中心下落的物体,总在一定的深度同矿井东壁相撞,从另一个侧面证实了地球的自转运动. 5. 傅科摆 证实地球自转的仪器,是法国物理学家傅科于1851年发明的。
地球自西向东绕着它的自转轴自转,同时在围绕太阳公转观察地球的自转效应并不难用未经扭曲过的尼龙钓鱼线,悬挂摆锤,在摆锤底部装有指针摆长从3米至30米皆可当摆静止时,在它下面的地面上,固定一张白卡片纸,上面画一条参考线把摆锤沿参考线的方向拉开,然后让它往返摆动几小时后,摆动平面就偏离了原来画的参考线.这是在摆锤下面的地面随着地球旋转产生的现象 由于地球的自转,摆动平面的旋转方向,在北半球是顺时针的,在南半球是反时针的摆的旋转周期,在两极是24小时,在赤道上傅科摆不旋转在纬度40°的地方,每小时旋转10°弱,即在37小时内旋转一周 显然摆线越长,摆锤越重,实验效果越好因为摆线长,摆幅就大周期也长,即便摆动不多几次(来回摆动一二次)也可以察觉到摆动平面的旋转、摆锤越重,摆动的能量越大,越能维持较长时间的自由摆动图中拍照的是悬挂在北京天文馆球形展览大厅天花板上的傅科摆摆锤部分 [编辑本段]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。