问题

地球自转为什么是逆时针的?

回答
地球自转方向是逆时针,这并不是一个随机的巧合,而是与我们太阳系形成之初的物理规律密切相关。要详细解释地球为什么是逆时针自转,我们需要将视角拉回到大约46亿年前,那个太阳系诞生的混沌时期。

1. 星云假说:一切的起源

目前被广泛接受的解释是“星云假说”(或称“原始太阳星云假说”)。这个假说认为,太阳系是由一团巨大的、旋转的分子云(主要由氢和氦组成,但也包含一些重元素)塌缩形成的。

引力塌缩: 这团星云可能因为某种外部扰动(例如附近超新星爆发产生的冲击波)而开始收缩。一旦开始收缩,引力就会进一步加速这一过程。
角动量守恒: 这是解释地球自转方向的关键。想象一个滑冰运动员在旋转时收拢手臂,她的旋转速度就会加快。这是因为在没有外部力矩作用的情况下,一个旋转系统的总角动量是守恒的。角动量是物体质量、速度和到旋转轴距离的乘积。
星云的初始旋转: 即使最初的星云只是非常微弱地旋转,当它不断收缩时,为了保持角动量守恒,其旋转速度必须加快。就好比滑冰运动员收拢手臂。
扁平化和盘状结构: 随着星云的收缩和加速旋转,由于离心力的作用,星云在赤道方向会变得更扁,而在垂直于旋转轴的方向会被压扁,最终形成一个围绕中心的、扁平的旋转盘,称为“原行星盘”(protoplanetary disk)。太阳就形成在这个盘的中心,而行星则在这个盘中形成。

2. 行星的形成:在旋转的盘中孕育

在原行星盘中,物质开始通过碰撞和吸积聚集,形成越来越大的天体。

吸积盘的角动量传递: 原行星盘本身具有一个整体的旋转方向。在这个旋转的盘中形成的行星,自然会继承和保留这个旋转的角动量。换句话说,行星在盘中形成时,就已经在沿着盘的旋转方向“转动”了。
地球的形成: 地球就是在这样的原行星盘中通过吸积逐渐形成的。构成地球的尘埃、气体和微行星,在围绕太阳公转的同时,也继承了原行星盘的整体旋转动量。当这些物质聚集形成地球时,地球也就获得了自转的动量。

3. 为什么是“逆时针”?

这里的“逆时针”是相对于从地球北极上方往下看的视角而言的。

太阳系的整体旋转方向: 构成太阳系的原行星盘的初始旋转方向,最终决定了太阳和绝大多数行星的公转方向以及行星自身的自转方向。在形成过程中,引力作用和角动量守恒使得星云朝着一个特定的方向塌缩和旋转。我们观察到,大多数行星(包括地球)的公转方向都是逆时针的(从北极上空看),并且它们自身的自转方向也是逆时针的。
物理定律的一致性: 这种一致性并非是地球独有的,而是太阳系普遍的现象。金星是一个例外,它以顺时针方向自转(称为“逆行自转”),这可能是由于早期形成过程中的巨大撞击事件所致。天王星也以一个近乎侧躺的角度自转,这同样被认为是早期太阳系剧烈碰撞的结果。但总的来说,大部分行星都遵循着从星云继承下来的普遍旋转方向。

总结一下地球逆时针自转的原因:

1. 起源于旋转的星云: 太阳系最初是由一个巨大、略微旋转的分子云塌缩形成的。
2. 角动量守恒定律: 在星云收缩过程中,为了保持角动量守恒,其旋转速度不断加快,并形成了一个扁平的、旋转的原行星盘。
3. 继承盘的旋转动量: 地球在这个旋转的原行星盘中通过吸积形成。在这个过程中,地球继承了盘的旋转角动量,并获得了相同的旋转方向。
4. 观察视角: “逆时针”的说法是相对于从地球北极上空观察的视角而言的。这个方向与太阳系形成时的普遍旋转方向是一致的。

所以,地球的逆时针自转并非是一种偶然,而是深刻地烙印在太阳系形成之初的物理规律之中。它就像一个巨大的、有组织的旋转系统,在这个系统中,行星们的运动方向和自转方向都遵循着共同的起源和物理原则。

网友意见

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很多答主觉得这个问题好像挺没意思的。但是恰恰相反,题主的思考其实很有趣,但只是问的方式不太对。其实更好的方式是问,“为什么时钟旋转的方向,与北半球的地球自转相逆呢?”

要搞清楚这个问题,我们必须得先明白,是地球的自转在前(因),之后才有的人为定义的逆时针旋转方向(果)。而这一切的由来,则是由于人类最早的计时工具,日晷。

虽然我图中放的是中国古代的典型日晷,但是通过太阳投影来计时的方式,并不是中华文明的独家专利。事实上古巴比伦文明与古埃及文明在公元前1500年左右就出现了类似的日光投影计时工具,我们也统称为日晷(比中国还要早不少)。AC起源里面还专门为此放了个谜题:

之后,中国、埃及与巴比伦的这项计时原理,也随着阿拉伯人、希腊、波斯与罗马文化的发展普及到世界各地。直到1270年西欧才出现了简单的机械钟,1335年公共时钟才开始普及。在这之前,日晷作为最常见的稳定计时工具已经在人类社会中存在了数千年。

仔细观察便会得知,这几个文明所处的地方,都是在北半球。更进一步说,这几个文明的核心区域,都在北回归线以北。这就意味着,只要你在地上竖直地插一根棍子,随着太阳东升西落,它的影子永远都是顺时针旋转的。随着后来对于日晷的改进,日晷的指针被改为与地轴平行,但并不改变其影子的旋转方向。这个我们可以从第一幅图里面的十二个时辰看出来。

所以根据这个现象,人类才因此定义了所谓的“顺时针”旋转方向。之后现代钟表上的表盘与指针旋转,不过是沿用了这个传统罢了。

而事实上如果人类文明的起源在南半球,所得到的结论也是类似的。地球自转导致南半球的日晷在我们看来,是逆时针旋转,所以独立的南半球文明会把逆时针方向定义为“顺时针(南)”。然后从他们南半球的角度来看,地球自转方向与我们的相反,所以在他们眼中,地球自转仍然还是“逆时针(南)”的。

同样道理,如果我们是诞生在金星上的文明,基于上述原因,我们仍然会发现金星自转与我们所定义的“顺时针”方向相反,然后诧异为什么别的行星都是顺时针旋转的。

当然还有个例外,如果我们是诞生在天王星上的文明,多半就不会出现日晷这种玩意了。以及它们可能会对正切(tan)有着非常深刻的认识~

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