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地球生命体的自我救赎

已有 4064 次阅读 2013-11-24 10:11 |个人分类:地球物理|系统分类:科普集锦| 地球自转, 漫谈地球物理, 孪生自转

地球生命体的自我救赎【漫谈地球物理20131124】

魏东平

我在“犹抱琵琶半遮面”一文的最后,向读者提出了一个问题:由于存在这样的月地与日地万有引力,及由其导致的潮汐摩擦作用,是否终会有一天,我们生活在地球上的人们,一天的时间会漫长到大约等于一个月的程度?或者达到一种更加极致的情况,我们的地球会一直以同一面面向太阳,而以另外一面一直背向太阳?

陈学雷教授给出了关于月亮与地球“自转、潮汐和共振”方面很好的科普,解释了为什么我们看不到月亮背面的主要原因,便是来源于地球引潮力的作用,由于构成月亮介质的非弹性,因而产生所谓的潮汐锁定。该文同时给出了一个估计,由于月球潮汐力的锁定作用,地球的自转速度也会越来越慢,在大约100亿年之后,地球与月球便会达到“孪生自转”,也就是月地面对面自转的状态。

事实上,涉及到日地月三方的相互作用,即天体物理学中的三体问题,其实是没有解析解的,绝大多数情况下,我们都是用微扰(摄动)的办法,得到其很短一段时间范围内的数值近似解;但时间尺度足够长之后,如果想知道该三体问题哪怕是数值近似解的情况,也一样是不可能的。

但通过日地月两两之间相互作用,推测在长时间尺度后它们之间的关系,最起码提供了一种可能性,帮助我们了解若干百万年之后,我们的地球以及伴随旋转的月球的状态,还是很有趣味的一件事情。

图一显示了最近若干年来,地球自转速度逐渐变慢的情况,大约为50毫秒每2000年的程度,如果假定地球一直维持这样自转变慢的速度,那么可以推断,大约会在25亿年之后,月地(仅仅考虑月地两体问题的话)之间最终会达到一种新的平衡:其“孪生自转”的周期,大约会是现在日长的48倍,与此同时,月亮会从现在大约60个地球半径的公转轨道,以每年约3.7厘米的速度逐渐远离地球,到达约88个地球半径尺度的新的公转平衡轨道。最终形成类似于现在的冥王星与其Charon卫星的“孪生自转”状态。

但很显然,由于太阳的存在,上述的月地孪生自转的状态,无论其时间规模,还是最终状态本身,都会受到强烈的调制作用,并且有可能到达一个我们现在无从判断的、完全不同的新的状态。例如,一个非常明显的事实是:如果地球的自转速度越来越慢的话,那么,由于太阳对于地球的万有引力作用,我们现在看到的地球自转轴与黄道平面的夹角,将不再可能维持在现在的大约66.5度的状态(图二,同时参考“地球的进动与章动”一文),这个夹角会变得越来越小,最终,我们赖以生存的地球,其自转轴会近似平躺在地球公转的轨道面,也就是黄道平面上。

我们进一步推测,如果这样的情况出现,那么,地球表面的生态一定会出现截然不同的样子,因为在地球绕太阳公转一圈的周期内,地球的南北两个半球,会各有四分之一的时间直面太阳,饱受阳光荼毒之苦,而在另外四分之一的时间内,因完全背对太阳而终日不见阳光,或者说陷于漫漫长夜之中。

到了那时候,生活在地球上的这些生命体,包括我们人类本身,如果那时候人类仍然存在的话,又该如何进行自我救赎?



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