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假如地球停止自转,在哪里可以侥幸活下来?

出品 | 科普中国

作者 | 可可

监制 | 中国科普博览

小时候,你看着夜晚的天空,月亮从山头后若隐若现,到了深夜月亮却已经跑到了头顶。老师会告诉我们,“那是因为地球无时无刻不在转动,昼夜交替、日升月沉也正是源自于地球自转。”
图片来源:Veer图库
真的这么简单吗?假如打破砂锅问到底,你可能会发现自己其实回答不出下面这两组看起来非常简单的问题。
1. 地球为什么有自转?其他星球也在自转吗?有没有不自转的星体?
2. 假如自转停止,地球将会怎样?有没有人能够从这样的灭世天劫中幸存下来?那这次,就让我们坚持打破砂锅看看,地球自转里面,到底藏了多少我们不了解的秘密?

 

1、地球为什么会不停自转?


先说结论,不自转的天体仅在理论上有存在的可能,而实际中的天体都在进行着某种形式的自转。
其原因主要有以下两点:第一,天体的诞生过程将不可避免地具有一定的初始角动量;第二,角动量为零的天体处于不稳定状态,这种情形哪怕是瞬间出现也无法长期维持。听起来好像有点绕,不过没关系,我们用大白话具体解释上述两个原因。
星球的形成从形式上来看大致分为两种情况,第一种是形成天体的物质相互聚集,不断发生碰撞摩擦,最终形成星球。好比是制作棉花糖,熔化后的糖丝从机器喷口喷出,逐渐缠绕形成一大坨。第二种是原本已经存在的天体,因为某些原因发生了爆炸,抛射出了某些物质,这些物质又形成了天体。好比是抛向空中的飞盘被猎枪击中,迸射出无数的小颗粒。太阳系形成过程想象图丨图片来源:公有领域
从这两种形成方式来看,无论是哪一种,天体各部分的角动量之和很难恰好为零。也就是说,天体会自然而然地“转起来”(即天体在诞生时就具有一定的初始角动量)。而且根据角动量守恒定律,这种转动还停不下来,也正是由于这个原因,天体从诞生过程开始的那一刻就已经在自转了。
下面我们再看看第二个原因。假设确实存在初始角动量为零的天体,但这种“完美状态”不可能长时间保持。这是由于宇宙中处处存在着来自其它天体的引力,而且这些天体的自转和公转又可能导致引力状态的变化。好比是在惊涛骇浪中失去动力的小船,即便刚开始时是静止的,最后也免不了随波逐流的命运。

太空探测器于2000年12月初拍摄到的爱神星完整自转(周期约为5小时16分钟) 丨图片来源:NASA
 

综合以上两点,宇宙中的天体,不转是相对的,转是绝对的,这也契合了马克思主义哲学“相对静止,绝对运动”的观点。
也有人提出疑问——月球朝向人类的总是同一面,这岂不是说明月球不会自转?其实,这是一个似是而非的谬误。
我们可以用自己的右手握拳当作地球,左手的掌心当做月球朝向地球的一面,当你试着让左手在绕右手运动的同时还一直保持手掌向着右拳,就会发现左手实际上必须不停转动。(实际上,月球的自转和公转恰好是同步的,这种现象称为潮汐锁定或者受俘自转。)月球自转的示意图。注意左右两侧月球朝向的区别,左侧月球始终自转,且仅有一面朝向地球。丨图片来源:维基百科

 

2、假如停止自转,地球将会怎样?


地球从诞生之初就在自转,在这数十亿年中,地球的自转周期一直在发生变化,但自转这一状态从来不曾改变。如果我们放飞自我,脑洞全开,设想地球忽然间停止自转,会产生怎样的后果?
我们知道,地球各地自转的角速度相同,但线速度有所不同,赤道最大,两极最小。赤道附近地球自转的线速度大约为465米每秒,所以如果身处赤道,居家躺平一整日,也可以实现“坐地日行八万里”。即便是在北京这样的中纬度地区,自转线速度也可以达到370米每秒。
假设地球在0.1秒内停下,一切没有附着于地表的物体都将在惯性的作用下维持之前的运动状态飞出地球。而根据计算,此时北京附近附着在地表的物体将会受到相当于370g(g代表重力加速度,9.8m/s2)的加速度作用,即使不粉身碎骨也早就肝肠寸断了。
当然,高纬度地区受到的影响会相对较小,那么小到什么程度呢?假如纬度达到80度,地球停转后人体一样会向着自转方向飞出,而且线速度仍然达到60米每秒,同样毫无生还机会。
不过,假设地球并非在极短的瞬间停止自转,而是慢慢停下,情况会稍微好上一丢丢。比如,我们设定地球在1分钟内停转,此时位于北京的人在地球自转方向上受到的加速度已经不到1个g。虽然还是十分恐怖,但是假如有合适的缓冲,还是有希望捡回性命甚至毫发无伤的。
很多人会说,既然地表不安全,那么地球停转之前我乘飞机在天上等着就是了。想法当然很好,但要知道地球表面的大气层本来也是与地球自转同步的,即拥有相同运动状态的。
一旦地球停转,大气仍然会在惯性作用下向着自转方向运动,也就是说,你在北京上空也会面对时速接近1440米的超级风暴。无论是什么样的飞机,恐怕都无法抵御这样狂暴的气流。那么海面上又会发生怎样的现象呢?一旦地球停转,即便是纬度不算低的渤海都将掀起超音速巨浪。整个地球表面都将被前所未有的超级海啸所席卷。不过,更恐怖的还在后面。
假如我们的设想再“严谨”一点,把能量守恒的因素也考虑进去。地球这样的庞然大物在自转时,实际上蕴含着巨大的动能。假如地球停转,这些动能必将转换为内能,也就是说地球在停转的同时会发热。
根据估算,地球停转时转化出的内能,可以让地球温度升高数百度。而在动能最大的地表,温度上升可能会达到数千度。此时的地表毫无疑问将是一派炼狱的景象,甚至整个地球都可能熔化为液态。
总之,假如今晚地球真的停止转动,无论身在何处,所有人都会在瞬间粉身碎骨,而地球本身也将从宇宙中消失。不过即便地球自转的周期会有变动,自转本身仍将永恒存在,地球停转也仅仅是思想游戏罢了。

 



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