《大自然寻真》

第9章  对天体自转的分析-1

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9.1  地球会自转的原因

       牛顿曾尽其后半生精力研究、探索第一推动力，得出的结论是：“上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制，且给予了第一次动力，使它们运动起来”[11]。当然，那是虚幻空想的说法。人类尚不能认识的就归因于上帝，那不是科学的态度。只要坚持唯物、辩证和锲而不舍，总可以找到真正的“宇宙运动机制”，包括地球自转的真正原因。

       地球自转的原因实际上也是所有天体自转的原因。前面我们说过在核球喷射天体的过程中，宇宙中心核球的自转性质会代代遗传下来。但是，究竟是怎样遗传的呢？要真正唯物地来回答这个问题，最简单而有效的办法并非去搞复杂的公式推导，而是可以做一个实验，就能用事实得出这样的结论：天体自转的动能由自身的公转动能转换得来。这就是说，天体的自转完全由内因所引起。天体绕其中心核球公转的公转动能，当然也是天体本身的固有能量。因此，这种能量在一定的情况下转换为本身的自转动能，其过程就仅仅是天体自身不同形式的能量在系统内部的相互转换了。

图9.1：地球自转原因实验装置图

       如何进行实验？笔者经过了多年的思考和设计，已经绘制出图纸的初稿（见图9.1），正等待条件完成具体实验。上述预想的实验结论肯定正确，理由有二：第一是，作者站立后平伸了手握住灵活转动的地球仪作了绕身躯旋转时，已经有了上述动能相互转换的初始体验；第二是，事物的根本原因必定是内因。请读者们暂且先接受这个实验结论，以便能理解后续的有关分析。等到条件成熟笔者完成该实验后，除了给读者们写出完整的实验报告之外，将争取把实验放大成为大型装置，摆设在大广场上让全世界大众亲自操作体验。

       当然，由于自转性质是核球天体遗传下来的，一直往上追踪，最后又会问到了宇宙中心核球为什么会自转的问题，这等你看完了25.14的自然辩证思维的应用分析之后，或许就可以得到满意的回答了。

9.2  天体自转的形成经过

    在9.1已经说过，不是用公式推导，而是用实验就可以充分证明天体自转的动能由公转动能转换得来。但是，这种能量转换过程究竟是如何完成的？这是关键问题。下面就此做些初步的定性探讨。

    为了弄清问题，我们还是以地球为例，再从头看看它的诞生情况。从8.1已经知道，地球从太阳诞生出来后一直飞行到达远日点的整个过程可以分为两个阶段。第一阶段是地球从太阳母体诞生出来后，飞行速度不久便可被迫加速到最大值。这个过程比较短促，地球的公转动能难以相配合转换为自转动能，所以它几乎无法得到相应的自转速度变化。在此短促时间内，地球主要只完成了将喷射出来的熔液集中在一起，并收缩成正圆球形状，并不会自转。第二阶段是地球从飞离太阳的上升速度最大值时开始，直至远日点的整个时间里，这是一个漫长的，缓慢自然减速的飞行过程，该过程中地球都源源不断地把一部分公转动能转换为自转动能。因此，虽然地球在初生的瞬间并不自转，但当它到达自己稳定的公转轨道时就必定是自转的，而且自转方向也与公转方向完全一致。

    从实验我们将可以得出如下的规律性：凡是公转发生自然缓慢的变速运动时，便会使球体本身的公转动能与自转动能之间发生相互转换的现象。公转减速时，部分公转动能转换为自转动能，自转方向与公转方向保持一致；公转加速时，部分自转动能又重新转换为公转动能。

    基于这个道理，对于所有的天体来说，凡是跑得离绕转的中心天体越远，其自转的角速度就会越大。实际上，在太阳系里，离太阳较远的行星一般就自转得快一些，较近的行星就自转得慢一些。当然，天体现有自转角速度的大小也并不仅仅与天体当初飞出来的远近有关系，还会与其它因素有关系，尤其与后来各自内在的运动变化差异有关系（后面将对此再做讨论）。因此，行星自转的快慢，与行星公转轨道半径的大小之间的关系，也就逐渐变得不是那么密切了。

    初生的天体跑到了离核球最远点之后，自动进入了椭圆形轨道，然后又回头逐渐加速向着中心天体靠近而跑到了近核点（见8.1），这当然会使一部分自转动能重新逐渐转换为公转动能。然而，由于离开了母体的子天体暂时再也无法回到母亲的怀抱（对于天体的整个生命史而言只能称为暂时），而仅仅只是往旋转中心靠近一些而已，所以，自转的转动动能也只能是一小部分被反向转换回公转动能。当天体离开近核点再度飞向远核点时，这一小部分被转换掉的自转动能又将会再被转换回来。正因如此，自转现象也就成了绝大多数天体的共有特性了。

9.3  天体公转和自转的能量可以相互转换对于宇宙演化的重要意义

    天体公转和自转的能量可以相互转换的这个特性，对于整个宇宙天体的诞生与运动都是意义十分重大的。总起来说，核球的自转使其喷射出来的子天体有了切向速度种子，从而子天体就会绕着核球公转（见8.1、8.3）。进而，因为子天体的公转又使子天体自己也有了自转的能量来源，从而当它进入公转轨道时也会自转了。由于整个宇宙的天体都来之同一个老祖宗──自转的宇宙中心核球，所以，全宇宙的天体就都有着同一种遗传因子（切向速度种子）。显然，一个天体在它作为子天体被核球喷射出来之后，都会因为带有切向速度种子，从而形成了绕核球公转。当子天体又作为低一个档级的核球再喷射出自己的小子天体时，因为公转已经使自己也会自转，这就使自己所喷出的小子天体也同样会绕自己公转，这样，才有了目前宇宙中天体的布局和运作状况。由此可见，确信宇宙中心核球的自转性质很重要，而天体公转和自转的能量可以相互转换对于宇宙的有序演化也相当重要。

9.4  地球的各种能量及相互转换的具体表现

    从表面的显能来说，地球本身应该具有如下四种能量，即公转动能、自转动能、地球相对于太阳的势能、地球本身的热能（与地下核能有联系）。地球的热能除了散失到太空之外，与其它能量之间的转换情况比较复杂，我们在此暂不谈热能的转换，主要先谈谈其它几种能量的相互转换。

    地球现有的公转轨道是椭圆形，太阳位于它的一个焦点上，所以，地球各时刻与太阳的距离都不相同。地球距离太阳越远，势能就越大，这与物体离开地面后相对于地面的势能一样。地球在近日点和远日点之间来回旋转，所以它就不仅在公转动能和自转动能之间发生着能量的相互转换，它的势能也参与相互转换。可以推断：地球从近日点飞向远日点的过程中，在不断地把一部分公转动能转换为自转动能的同时，也把一部分公转动能转换为势能，因此，它公转的飞行速度便逐渐减慢下来。到达远日点时公转动能便达到最小值，即公转的线速度最小，而自转的速度却变得最快，势能也最大。从远日点飞向近日点的过程中，能量的转换方向反过来，即势能和自转动能都部分地转换为公转动能。到达近日点时公转的线速度最大，而自转的速度最慢，势能也最小。相信通过行家们的计算，不难从数量上去准确地描述上述的不同形式能量的转换关系。

      上面有关的理论分析，完全可以根据天文观测的事实给予证明。地球一般是1月3、4日到达近日点，7月4、5日到达远日点[14]。同时，从观测也知道地球自转是不均匀的，在3、4月份自转最慢，而8、9月份自转最快[13]（参见图9.4）。

    从这些观测事实和我们的定性推断相比较，可以看出如下两点：

    ⑴ 观测事实是地球公转一周，其自转的快慢发生着一轮变化，这说明了前面所讲关于地球自转速度变化的结论的客观性，从而也证明了地球自身不同形式的能量在公转过程中不断发生相互转换的客观性。

    ⑵ 地球在3、4月份比较靠近近日点，8、9月份比较靠近远日点，这证明了我们关于地球在近日点时自转速度最慢，而在远日点时自转速度最快的定性推断基本符合实际情况。

图9.4：地球到达公转轨道不同位置的时间及其自转速度的变化情况

       但是，从图9.4显见，所观测到的地球自转最快和最慢的位置，为什么与定性推断的位置不完全重合呢？ 回答可以是：这正相类似于地球对太阳的热量收支平衡有着滞后关系，结果会使得日最高气温出现在下午两点钟而不出现在中午12点钟，或者日最低气温出现在早晨日出后一小时左右而不出现在日出前的道理一样，地球运转能量的相互转换造成了自转速度的快慢变化也有着滞后的平衡关系，这就使得自转速度的快慢极值也与远、近日点相错开了。更具体原因可以参见21.3。