天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

2024年2月22日發(fā)(作者：財務(wù)培訓(xùn)內(nèi)容有哪些)

天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)

摘要：眾所周知，地球等太陽系中的天體會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，太陽系外的天體（如NGC3115、小熊座α星、NGC3627、NGC5194、NGC6626等）也會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，那么，天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)呢？幾百年前，人們就提出了很多證明地球自轉(zhuǎn)的方法，著名的“傅科擺”使我們真正看到了地球的自轉(zhuǎn)，但是，地球為什么會繞軸自轉(zhuǎn)？為什么會繞太陽公轉(zhuǎn)呢？太陽系外的天體又是由于什么而運動的呢？

關(guān)鍵詞：萬有引力角動量守恒二力平衡慣性熱脹冷縮熱力學(xué)狀況不均

正文：

這是一個多年來一直令科學(xué)家十分感興趣的問題，粗略看來，旋轉(zhuǎn)是宇宙間諸天體一種基本的運動形式，但這個問題的真正答案，目前尚無定論，仍存有爭議，主要說法有以下幾種：

1.角動量守恒

現(xiàn)代天文學(xué)理論認(rèn)為，太陽系是由所謂的原始星云形成的，原始星云是一大片十分稀薄的氣體云，50億年前受某種擾動影響，在引力的作用下向中心收縮。經(jīng)過漫長時期的演化，中心部分物質(zhì)的密度越來越大，溫度也越來越高，終于達到可以引發(fā)熱核反應(yīng)的程度，而演變成了太陽。在太陽周圍的殘余氣體則逐漸形成一個旋轉(zhuǎn)的盤狀氣體層，經(jīng)過收縮、碰撞、捕獲、積聚等過程，在氣體層中逐步聚集成固體顆粒、微行星、原始行星，最后形成一個個獨立的大行星和小行星等太陽系天體。

我們知道，要測量一個直線運動的物體運動快慢，可以用速度來表示，那么物體的旋轉(zhuǎn)狀況又用什么來衡量呢？一種辦法就是用“角動量”。對于一個繞定點轉(zhuǎn)動的物體而言，它的角動量等于質(zhì)量乘以

速度，再乘以該物體與定點的距離。物理學(xué)上有一條很重要的角動量守恒定律，它是說，一個轉(zhuǎn)動物體。如果不受外力矩作用，它的角動量就不會因物體形狀的變化而變化。例如一個芭蕾舞演員，當(dāng)他

在旋轉(zhuǎn)過程中突然把手臂收起來的時候（質(zhì)心與定點的距離變小），他的旋轉(zhuǎn)速度就會加快，因為只有這樣才能保證角動量不變。這一定律在地球自轉(zhuǎn)速度的產(chǎn)生中起著重要作用。

形成太陽系的原始星云原來就帶有角動量，在形成太陽和行星系統(tǒng)之后，它的角動量不會損失，但必然發(fā)生重新分布，各個星體在漫長的積聚物質(zhì)的過程中分別從原始星云中得到了一定的角動量。由于角動量守恒，各行星在收縮過程中轉(zhuǎn)速也將越來越快。地球也不例外，它所獲得的角動量主要分配在地球繞太陽的公轉(zhuǎn)，地月系統(tǒng)的相互繞轉(zhuǎn)和地球的自轉(zhuǎn)中，這就是地球自轉(zhuǎn)的由來，但要真正分析地球和其他各大行星的公轉(zhuǎn)運動和自轉(zhuǎn)運動還需要科學(xué)家們做大量的研究工作

這就是說，在地球的形成過程中，運動——尤其指旋轉(zhuǎn)，自始至終伴隨著地球的形成過程而不是地球形成之后再在某種原因下開始自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)的。

我們知道，太陽系的幾乎所有天體包括小行星都自轉(zhuǎn)，而且是按照右手定則的規(guī)律自轉(zhuǎn)，所有或者說絕大多數(shù)天體的公轉(zhuǎn)也都是右手定則。為什么呢？太陽系的前身是一團密云，受某種力量驅(qū)使，使它彼此相吸，這個吸積過程，使密度稀的逐漸變大，這就加速吸積過程。原始太陽星云中的質(zhì)點最初處在混飩狀，橫沖直闖，逐漸把無序狀態(tài)

變成有序狀態(tài)，一方面，向心吸積聚變?yōu)樘枺硗猓褪沟眠@團氣體逐漸向扁平狀發(fā)展，發(fā)展的過程中，勢能變成動能，最終整個轉(zhuǎn)起來了。開始轉(zhuǎn)時，有這么轉(zhuǎn)的，有那么轉(zhuǎn)的，在某一個方向占上風(fēng)之后，都變成了一個方向，這個方向就是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的右手定則，也許有其他太陽系是左手定則，但在我們這個太陽系是右手定則。地球自轉(zhuǎn)的能量來源就是由物質(zhì)勢能最后變成動能所致，最終是地球一方面公轉(zhuǎn)，一方面自轉(zhuǎn)。

2.二力平衡

太陽系幾乎所有天體（除了金星和天王星），包括太陽、行星與衛(wèi)星自轉(zhuǎn)方向相同。那時因為太陽系的所有天體都是誕生于同一片星云中，所以才會有相同的自轉(zhuǎn)。在其它太陽系中，自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向就未必會是逆時針，但方向仍然會保持一致（至少是基本一致）。

行星和衛(wèi)星為什么會公轉(zhuǎn)，這是由兩種力平衡作用的結(jié)果。因為行星（衛(wèi)星）有慣性力，按照這種慣性力，行星會沿著直線飛行并被慣性力推向無窮遠(yuǎn)。那為什么地球沒有脫離太陽系向遠(yuǎn)處飛去呢，因為太陽有引力。太陽的引力趨向于將地球拉向太陽，因此太陽的引力避免了地球飛離太陽系。與此同時，我們永遠(yuǎn)受到一個讓我們墜向太陽的引力，但慣性力拯救了我們。正是這兩種力的平衡，使地球與其它天體產(chǎn)生了軌道運動。

水星比地球靠太陽更加，受到的太陽引力也更強，水星之所以沒有墜落到太陽上是因為水星的慣性力較強。火星距離太陽更遠(yuǎn)，太陽的引

力與自身的慣性力都要小些。因此這兩種力的平衡狀態(tài)使得它們擁有了各自的軌道運動，慣性力也叫離心力。

要弄明白星體為什么會自轉(zhuǎn)就比較復(fù)雜了，首先要知道這些天體是怎么形成的。恒星是由星云在引力作用下聚集的。無論星云是從哪個方向而來，最終都會保持一個方向運轉(zhuǎn)，這就好比東南西北風(fēng)同時匯聚，最終只會留下一個風(fēng)力最強的風(fēng)，因此只會留下一個風(fēng)向。星云以同樣一個方向運轉(zhuǎn)，形成了一個巨大的盤狀漩渦并不斷向中心塌縮。塌縮的星云核心形成了恒星。而其他物質(zhì)在恒星形成后繼續(xù)保持同樣的方向公轉(zhuǎn)，并在此公轉(zhuǎn)過程中聚集成了行星。因此這些行星擁有相同的公轉(zhuǎn)方向和自轉(zhuǎn)方向。衛(wèi)星是行星形成后殘留的碎片聚集而成的，因此衛(wèi)星也擁有與行星相同的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向。

當(dāng)然這不是絕對的，如果有哪個行星或者衛(wèi)星以相反的方向進行公轉(zhuǎn)（例如海王星的第二個衛(wèi)星海衛(wèi)二），那么這顆行星（衛(wèi)星）肯定不是在這個太陽系系誕生的，而是在太陽系誕生后意外闖入再被捕獲的。

3.單一引力

（1）、自轉(zhuǎn)的形成：由于地球表層的凸起和凹陷，造成了地球表層磁場強度的不同，會使地球表層與空間氣體之間縱向、特別是橫向之間產(chǎn)生的引力不同。但是就在這樣一個看起來磁場引力之間極其混亂的空間環(huán)境，在地球必然已經(jīng)形成了赤道、南北極的基礎(chǔ)上，經(jīng)過

橫向順時針和逆時針與空間氣體之間、引力強弱的抵消和排除，最終

必然就會剩下與空間氣體之間是順時針或是逆時針單一的一個空間方向的引力、動力，此時地球必然要以這個力產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，這就是地球自轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)方向的形成。

（2）、公轉(zhuǎn)的形成：我們通過觀察都能知道地球是在逆時針自轉(zhuǎn)，這就是地球最終是與逆時針空間方向的氣體產(chǎn)生了單一的引力、動力。由于越遠(yuǎn)離恒星空間方向的氣體越稀薄這一真理，所以行星都是持續(xù)的在晚上這一時間段要比白天這一時間段與空間氣體之間產(chǎn)生相對更大的引力，地球同樣如此。根據(jù)燃燒的火苗必然是要跟氣體相對稀薄空間方向的氣體產(chǎn)生更大的引力這一真理，如果一個行星是在順時針公轉(zhuǎn)，它就是持續(xù)的在晚上這一時間段與順時針公轉(zhuǎn)這一空間方向的空間氣體之間產(chǎn)生著相對更大的引力、動力。所以行星由此就形成了順時針自轉(zhuǎn)就必然是要順時針公轉(zhuǎn)這樣的空間現(xiàn)象、這個宇宙空間的真理。由于地球是在不停的衰退、是在逆時針自轉(zhuǎn)，所以地球必然是在逆時針由外向內(nèi)螺旋式逐漸靠近恒星太陽公轉(zhuǎn)的。

4、熱力學(xué)對流

天體的自轉(zhuǎn)是由于熱力學(xué)狀況不均造成的，如太陽系內(nèi)部的熱傳導(dǎo)擴散不均，導(dǎo)致熱力發(fā)散的對流運動和熱力分布的能級梯度，這是太陽系自轉(zhuǎn)分化、行星形成和繞日公轉(zhuǎn)的基本原因。而行星公轉(zhuǎn)其實是太陽系自轉(zhuǎn)的一部分，太陽系原始彌散物質(zhì)的對流運動，在不同能級范圍凝結(jié)成各個行星。它們在近日時受熱膨脹內(nèi)能增大導(dǎo)致總體上的升浮運動，而在遠(yuǎn)日時散熱冷縮內(nèi)能減少導(dǎo)致回落沉降運動，這種

總體熱力學(xué)狀況在時間上的差異，決定著行星繞日的公轉(zhuǎn)運動。公轉(zhuǎn)過程是一個吸收與發(fā)散熱輻射能量的陰陽消長過程，升浮與沉降構(gòu)成一種對時間展開的對流旋轉(zhuǎn)運動。行星物質(zhì)在熱力學(xué)上的平均性質(zhì)即熱脹冷縮能力，決定著它公轉(zhuǎn)軌道的偏心率。而行星自轉(zhuǎn)是由行星自身的熱對流帶動的，受內(nèi)部物質(zhì)相對的熱力學(xué)屬性的影響。同一天體的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，其實是不同層次、不同形式的熱力學(xué)對流運動。

物體熱脹冷縮的內(nèi)在排斥與吸引，導(dǎo)致密度改變和在引力場中的升降沉浮運動。而不同質(zhì)量密度物體在物質(zhì)場中所受的浮力與重力，

正是這種熱力學(xué)關(guān)系的表現(xiàn)，其實是熱力學(xué)場中的一種相對的力學(xué)效應(yīng)。浮斥與吸引本是相對而辯證的，當(dāng)我們置實際浮力于不顧而強計重力時，比如對于氫氣球，我們就消除了體積而得到只與質(zhì)量相關(guān)的絕對引力。然而，密度比重較大的物質(zhì)，其比熱較小，引力與熱力仍然以最隱密的方式相關(guān)聯(lián)。考慮到引力場中的熱力學(xué)輻射與吸收的方向和梯度，可以說是與引力場高度一致，反映著引力的熱力學(xué)本質(zhì)。熱力本來是一種斥力，那就是導(dǎo)致物質(zhì)不相容的斥力，但物體對熱輻射的吸收導(dǎo)致了引力，斥力是與引力對立統(tǒng)一的。萬有引力的實質(zhì)是物體之間熱輻射的吸收負(fù)壓效應(yīng)，在量上等于系統(tǒng)外向輻射的綜合反沖力。物體的引力場強度就是它的熱輻射分布強度，與輻射物的質(zhì)量及其溫度成正比而與距離平方成反比。引力關(guān)系是通過熱的輻射-吸收關(guān)系而建立的，作用速度為光速，并會隨著熱的輻射-吸收關(guān)系受到環(huán)境溫度變化的影響。

天體運行實質(zhì)上是熱力學(xué)的對流運動，一個天體的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)是

不同層次的對流旋轉(zhuǎn)。熱力學(xué)對流旋轉(zhuǎn)通過物質(zhì)能量的流動交換，逐漸形成物質(zhì)能量的分布梯度而產(chǎn)生量子分化，導(dǎo)致天體系統(tǒng)的發(fā)育、形成和演化。通過自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，衛(wèi)星、行星、恒星、星團、星系、星系團等以各自的熱力學(xué)屬性與態(tài)勢，逐級參與更高質(zhì)能系統(tǒng)的運動與構(gòu)成。熱力學(xué)梯度越大對流活動越強烈，質(zhì)能系就轉(zhuǎn)動得越快而能動量越大。這實質(zhì)上與東方古老的陰陽魚太極圖宇宙模型相似，而在形式上與笛卡爾的以太旋渦觀念相似。考慮到易學(xué)內(nèi)經(jīng)和元氣論傳統(tǒng)的宇宙陰陽氣化和升降沉浮運動諸內(nèi)容，可以說由樸素天象抽象轉(zhuǎn)化而形成的太極圖，形象地表現(xiàn)了陰陽對流轉(zhuǎn)化的宇宙觀，意外地預(yù)示了一般天體運行和演化的形式與實質(zhì)，可以作為科學(xué)的宇宙模型來看待和復(fù)活。

天體或天體系統(tǒng)的熱力學(xué)對流旋轉(zhuǎn)是天體運行的實質(zhì)，可以用太極圖示意從原子到天體和天體系統(tǒng)的普遍運動形式及其熱力學(xué)實質(zhì)，初步稱為對流旋轉(zhuǎn)宇宙模型。在普通的熱力學(xué)關(guān)系之外，對流旋轉(zhuǎn)的宇宙運行觀念還可作更一般的理解。宇宙空間的物質(zhì)分布，在自由流動的層次上，必然會由于分布壓力的變動形成相對的流動關(guān)系，包括

自由擴散以及衛(wèi)星云圖那樣的相對流動形式。可以說對流旋轉(zhuǎn)觀念天然地包涵著可理解的廣義的引力原因，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了萬有引力的狹義動因范圍。無論從運動形式還是運動原因來看，對流旋轉(zhuǎn)觀念都是比向心旋轉(zhuǎn)更一般更普遍的運行觀念。除了陰陽氣化和對流旋轉(zhuǎn)的樸素?zé)崃W(xué)內(nèi)容，太極圖的陰陽消長和轉(zhuǎn)化還涉及能量輻射和物質(zhì)演化等廣義熱力學(xué)內(nèi)容，總稱對流轉(zhuǎn)化宇宙模型。

總而言之，天體的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)是一個未解之謎，涵蓋了天文學(xué)、物理學(xué)、地理、自然科學(xué)、歷史等多個學(xué)科。我們高中生應(yīng)該努力學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識，爭取早日解決這一難題，這對科學(xué)的發(fā)展來說，有重要意義。

參考文獻：

1.為什么地球會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)雅虎知識堂

2.天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)百度知道

3.天體自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的原因與實質(zhì)關(guān)山月新浪博客

4.天體為什么會自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)科學(xué)松鼠會論壇