问题

地球停止公转与停止自转哪个后果更严重?

回答
这个问题很有意思,也触及到了地球最根本的运行机制。如果要说哪个后果更严重,那得看你站在什么角度去衡量“严重”。但从生存和物理法则的角度来看,地球停止自转带来的灾难性后果,远比停止公转来得更为直接和致命。

咱们先说说地球停止公转。地球停止公转,简单来说,就是地球不再围绕太阳这个恒星运转。这一下子就涉及到我们熟悉的一年四季,日照时长,以及我们行星在太阳系中的位置。

如果地球突然停止公转,它不会就此停在原地不动,而是会因为惯性,按照它停止公转那一刻的轨道速度,继续沿着它原本的轨道向着宇宙深处飞去。这是一个非常关键的“惯性”概念。地球并不是被什么东西牢牢地系在太阳上,而是依靠万有引力在围绕太阳运行。一旦这个“运行”消失,惯性就接管了。

设想一下,地球就像一个被你松开手的皮球,它会按着你松手那一刻的速度和方向直线飞出去。那么,飞出去之后会怎么样?地球的轨道速度大约是每秒30公里,这个速度相当惊人。地球会脱离它现在舒适的轨道,成为一颗在宇宙中漂泊的流浪行星。

一旦脱离太阳的引力束缚,地球将不再接收到来自太阳的光和热。这可不是简单地变冷那么简单。没有了太阳,我们赖以生存的光合作用会立刻停止。植物会枯死,食物链会瞬间崩溃。地球会迅速进入一个极度的寒冷期,温度会急剧下降,海洋会冻结,大气层也可能因为温度过低而凝结、甚至坍塌。虽然说“零下200多度”这种说法有点极端,但绝对会达到一个人类和绝大多数生物无法承受的极寒状态。

更要命的是,地球在宇宙中漂泊,意味着我们失去了它最大的“能量来源”和“稳定性”。地球原本的轨道,相对来说是一个比较稳定的状态,让地球接收到适量的能量,维持了我们所知的生命。一旦漂移,我们进入一个完全未知的宇宙区域,可能会遇到更冷的星际空间,也可能在极其漫长的时间后,意外地靠近另一颗恒星,但这之间的过程,充满了不确定性,而且重新被捕获的几率微乎其微,就算捕获,新的轨道也未必适合生存。

好,现在咱们再来看看地球停止自转。地球停止自转,这听起来好像比脱离太阳系要“温和”一些,因为它至少还在太阳系里,还在围绕太阳转。但自转带来的影响,其实更为直接和致命。

首先,我们得明白,地球自转,就是它自己在“原地”转圈圈。正是这个转圈圈,才有了我们现在的一天24小时,有了昼夜交替,有了不同地区的日照时间变化。

如果地球突然停止自转,会发生什么?同样是因为惯性。地球表面的一切,包括我们,建筑,海洋,大气,都在跟着地球一起以每秒几百米的速度(赤道附近最快)在转动。如果地球这个“大转盘”突然停了,那么转动的东西会怎么样?它们会因为惯性,继续以之前的速度向前飞!

想象一下,你坐在一辆飞驰的列车上,火车突然刹车。你会被猛地向前甩出去。现在把这个场景放大到整个地球。那些惯性没那么大的物体,比如人、汽车、房屋,会被以每秒几百米的速度甩出去,摩擦和撞击会瞬间摧毁地表的一切。山脉可能会被刮平,地表会被撕裂。

更恐怖的是海洋。海洋的水,同样拥有巨大的惯性。地球突然停止自转,但海水还在按照之前的速度继续向前“冲”,这会引发无法想象的超级海啸。这些巨大的水墙会席卷全球,淹没大陆,将一切化为乌有。

然后是大气层。大气同样在随着地球高速转动。一旦停止,大气层也会被甩出去,形成一股难以置信的狂风,比任何我们经历过的飓风都要强大无数倍,它会把地表的残骸吹得无影无踪。

再说说昼夜。如果地球停止自转,它就只会有一半永远面对太阳,另一半永远背对太阳。面向太阳的一面,会经历永恒的白昼,温度会急剧升高,直到变成一个被烤焦的、如同地狱一般的火炉。而背对太阳的一面,将陷入永恒的黑暗和严寒,温度会降到接近绝对零度,成为一个冰封的死寂世界。

即使有幸在最初的惯性冲击中幸存下来,这样的极端昼夜温差也会让绝大多数生命无法适应。地球表面的大部分区域,将变得不再宜居。

对比一下:

停止公转: 地球成为一颗在宇宙中流浪的冰冷星球,生命因为失去太阳光和热而缓慢地走向灭亡。这是一个漫长而绝望的凋零过程。
停止自转: 地球表面瞬间发生毁灭性的物理灾难,地表被撕裂、被海啸淹没、被狂风扫荡,生命几乎在瞬间被抹杀。即使有残余,也将面对极端的昼夜温差,生存希望渺茫。

所以,从“速度”和“瞬间毁灭程度”来看,地球停止自转所带来的后果,其破坏力和对生命的即时威胁,是远超停止公转的。停止自转是瞬间的、席卷全球的物理浩劫,而停止公转,则是一个相对“缓慢”的、因为失去能量而导致的生命终结。

简单来说,停止公转是饿死,停止自转是撑死(或者被甩死)。在地球停止自转的那一刻,我们大概率已经因为惯性被甩出去了,或者被海啸、狂风直接摧毁,根本就没有机会去体验永恒的白天或黑夜了。

网友意见

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1.停止公转的话直接会被吸入太阳。。。

2.完全停止自转的话。。首先人类要活着太难了,全球365天一次冰火两重天,我已经编不出来了。。其次从天文学上来说完全不转的行星产生的概率很小(除非一个低速自转的星球又被另一颗行星给以相反角度撞击合并,且大小速度正好抵消了原行星的角动量)。。

3.为了让本文继续编下去,以太阳系最常见的潮汐锁定现象为开篇:即地球始终一个面对着太阳,一年转且仅一圈(月球就是这样和地球相处的)。因为地球有海洋和可流动的内核,因此理论上地球自转的动量还是很容易被各种潮汐现象耗散,而被太阳潮汐锁定。(其实你可以理解为地球被太阳拴住了脖子飞速旋转,因为某种奇怪的作用(我不学天文学,所以请大家自行wiki),你的脸始终朝着太阳。。。极端情况下比如冥王星和自己的卫星质量差别不大,会导致二者互相潮汐锁定,想象两个逗比互相拴着脖子绕着一个质心旋转,永远都是脸对脸四目相对。。。)

没想到这个回复收到很多朋友的评论和问题。。让天文学业余爱好者都算不上的我有点警长。。有几个问题我回答以下。。
1.地球不自转/自转太慢会导致磁场消失,进而失去大气吗? 嗯,很显然地球会失去磁场和美丽的极光,大气逃逸的速度也会加快。不过失去磁场未必会失去大气,只要自己其多,比如金星就有超级茂密的大气。。。
2.停止自转地球人会飞吗? 额,人也是地球的一份子,地球停止自转的话应该地核地心空气人类一起停止。。。
3.上面的问题启发了这到让我想起更恐怖的一个话题,地球各地因为要平衡自转速度-引力的平衡,赤道附近实际上是比两极要鼓出来一些的;如果停止自转赤道一定会瘪回去,被挤压的岩浆和地壳会导致全球火山地震爆发。。。当然,本文必须假设我们都幸运的活下来了。。
4.被潮汐锁定的地球会不会导致海水全部流向远离太阳的一面?答:理论上地球每天一次日夜,海洋的潮汐变化不会几十厘米到至多几米,我想这个潮汐差还不至于影响到全球海陆分布。

理论上人类还是可以在狭长的地区生活的。那么我们可爱的地球会变成这个样子

因为地球被潮汐锁定永远一个面朝着太阳,南北极失效,所以用冷热LR极代替传统的纬度。整个热极处在强烈的热量输入和上升气流支配下,只有60°R以上的高纬度地区才会停止热带辐合上升作用。

明带部分地区可能气候适宜。晨曦带只是暗半球因为大气折射产生的一个有光线的类似日出前的区域。

第一参考月球,依据日照的情况,温度在-183~+127℃之间。

不过地球有大量空气和水,会发生剧烈的热量输送。按照地球的例子,-60℃的西伯利亚有时候会在1月下旬给北回归线上的广州输送冷空气,温度直降到5℃左右;而此时不受冷空气影响的夏威夷温度高达20度左右。此外海洋输送能够让挪威卑尔根一月平均气温保持在0上(同纬度雅库茨克在-38℃左右)。所以如果热极有足够的海洋和上升气流把自己的热量送走,假设取最大值15+40=55℃的输送能力。

第二个可以参考金星,金星非常类似这个模型的地形。自转慢到近乎不动,但是可能得益于超强悍的大气密度以及热交换能力,金星正反面温差不超过20℃。据观测金星上空70km大气的风速高达300~400km/h,超过地球上F5级的龙卷风。。

所以随便瞎编一个地球热极R点的温度应该在80℃附近。。。冷极L点没有液态水,因此很难传入更多热量,所以估计依然在-100℃以下。


怎么活下来?

被潮汐锁定的地球,不会有四季和昼夜变化,只与你所处的冷热纬度有关系。

因为地球两侧强烈的差异,外加没有地转偏向力的影响,会形成如上所示的全球大气环流。

热极空气加热上升,经过明带(温带)的高空经过流向冷极;冷极酷寒高空空气下沉增压,经过晨曦带地面吹向明带,最后进入热带在加热上升。

鉴于热极温度达到80℃,海洋会有极其强烈的蒸发作用,带去巨量水汽进入高空,热极的平流层甚至可能高达100km。

在明带纬度60°以上,太阳高度只有0~30°的地区;因为1.冷极入侵的冷空气形成的准静止锋+2.当地接受的热量<散发的热量,造成高空桑拿气流逐渐冷却。如果水汽充足的话,会在此地产生一个不断的阴雨带。

在日落线那头的晨曦带,因为地面干冷空气更加强悍以及辐射微弱,地面温度低于0℃,形成一个多雪/冷雨的区域。同时在此区域的边缘发育有高大的冷极冰盖,拦截大部分水汽,进一步加强了此地的降雪量。

受知友提问启发,目前最大的担忧是水全部被固定到冷极。不过乐观估计,冷极大冰盖应该会有源源不断的冰川运动,输送水给向阳面融化,形成河流再流向热极洼地,以完成地球的水循环过程。


人类应该主要生活在明带的高大山脉阴侧(类似恒河平原之类的地方。。。)。

高大的山脉阻挡了热极来的高空潮湿气团。制造了一个相对干爽的环境;依靠附近山脉河流进行灌溉农业。

能源主要依靠地面强劲的冷极风以及热极太阳能发电,能源来源均匀稳定;一年没有四季,气候恒定。学电力的妈妈再也不用操心电网峰谷波动了。

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