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地球自转、月球自转与公转原因猜测

1.地球自转简介

地球相对于太阳的平均自转周期称为一个平太阳日，定义为平太阳时86,400秒（等于SI86,400.0025秒）.因为潮汐减速的缘故，当前地球的太阳日已经比19世纪略长一些，每天要长0至2SIms.国际地球自转服务（IERS），以国际单位制的秒为单位，测量了1623年至2005年和1962年至2005年的时长，确定了平均太阳日的长度.

地球相对于太阳的自转周期，称为一个恒星日，依据IERS的测量，1恒星日等于平太阳时（UT1）86,164.098903691秒，即23小时56分4.098903691秒.天文学上常以地球相对于平春分点的自转周期作为一个恒星日，在1982年是平太阳时（UT1）86164.09053083288秒，即23小时56分4.09053083288.由于春分点会因为岁差等原因而发生移动，这个恒星日比真正的恒星日短约8.4毫秒.

从地球上看，空中的天体都以每小时15°，也就是每分钟15'的角速度向西移动（低轨道的人造卫星和大气层内的流星除外）.靠近天球赤道的天体，每两分钟的移动距离相当于地球表面所见的月球或太阳的视直径（两者几乎相同）.

由于地球不是理想的球体，而黄道面、白道面和赤道面都存在交角，太阳和月球对地球施加的力矩有垂直于自转角动量的分量，使得地球在自转的同时会发生进动，其周期为2.58万年，从而导致了恒星年和回归年的差异，即岁差.地球的倾斜角几乎不随时间变化而改变，但由于日月相对地球的位置不断变化导致地球受到的外力发生变化，地球在自转、进动时倾斜角仍然会有轻微、无规则的章动，其最大周期分量为18.6年，与月球交点的进动周期一致.地球也不是理想的刚体，受到地质变化、大气运动等作用的影响，地球的质量分布会发生变化，自转极点相对于地球表面同样也会有轻微的漂移，每年极点的位置会变化数米，自1900年以来，极点大约漂移了二十米.这种漂移被称为极移.极移是一种准周期运动，主要的周期分量包括一个周期为一年的运动和一个周期为14个月的运动.前者通常被认为与大气运动有关，后者被称为钱德勒摆动.由于地球的自转角速度比月球和地球的公转角速度都大，受到潮汐摩擦的影响，地球的自转角速度随着时间变化缓慢减小，换言之，一天的时间逐渐变长.

月球是地球的天然卫星，因古代在夜晚能提供一定的照明功能，也常被称作“月亮”，月球的直径约为地球直径的四分之一，结构与类地行星相似.月球是太阳系中卫星－行星体积比最大的卫星.虽然冥王星和冥卫一之间的比值更大，但冥王星属于矮行星.月球和地球间的引力作用是引起地球潮汐现象的主要原因，而月球被地球潮汐锁定，因此月球的自转周期等于绕地球的公转周期，使月球始终以同一面朝向地球.月球被太阳照亮并朝向地球这一面的变化，导致月相的改变，黑暗部分和明亮部分被明暗界线分隔开来.由于地月间的潮汐相互作用，月球会以每年大约38毫米的距离逐渐远离地球，地球自转的时间长度每年大约增加23微秒.数百万年来，这些微小的变更累积成重大的变化.例如，在泥盆纪的时期（大约4.19亿年前），一年有400天，而一天只有21.8小时.

月球对地球气候的调节可能戏剧性地影响到地球上生物的发展.古生物学的证据和电脑模拟显示地球的转轴倾角因为与月球的潮汐相互作用才得以稳定.一些理论学家认为，没有这个稳定的力量对抗太阳和其他行星对地球的赤道隆起产生的扭矩，地球的自转轴指向将混沌无常；火星就是一个现成的例子.太阳的直径大约是月球的400倍，但太阳与地球的距离也是400倍远，因此地球看到的月球和太阳大小几乎相同.这一原因正好使得两天体的角直径（或是立体角）吻合，因此地球能观测到日全食和日环食.关于月球的起源，大碰撞假说是最受支持的科学假说，但这一假设仍有一些无法解释的问题.该假说认为，45亿年前一颗火星大小的天体忒伊亚与早期的地球撞击，残留的碎片形成了月球.这一假说解释了月球相对于地球缺乏铁和挥发性元素、以及其组成和地球的地壳几乎相同等现象的原因.

2.目前的认识

地球的自转周期与公转周期是不等的，前者为23时56分4秒（恒星日），后者为365日6时9分9.5秒（恒星年），这意味着地球公转一圈的同时还绕地轴旋转了365圈多.与此不同的是，月球自转周期与公转周期则是完全相同的，即都是27.32166目（27日7时43分11秒），这个周期叫恒星月.两个周期相同，说明月球公转一圈的同时只自转了一圈，这样的结果是使月球总是以正面对着地球.

月球的自转周期与公转周期为什么相同？天文学家认为：这是地球对月球的吸引力所引起的月球表面潮汐摩擦作用的必然结果，而且这种情况早在几十亿年前当月球还处在熔融状态时就已经发生了.

大家知道，地球的质量相当于月球质量的81.3倍，当其强大的吸引力作用于熔融状态的月球时，在靠近地球最近处和最远处的月球表面上会产生两个隆起部分.由于熔融物质具有粘滞性，因此隆起部分并不立刻产生而是要在月球转过了一定角度以后才会产生.但是，地球对这隆起部分的吸引力，又力图将它转向地球，这种转动方向与月球自转方向正好相反，这样就使得隆起部分对月球表面产生潮汐摩擦作用尤如给月球自转施加“刹车”一样，结果使月球的自转速度变慢，自转周期逐渐加长，直到其中一个隆起部分永远对准地球为止，这时候月球的自转周期就正好等于公转周期了.

既然月球的隆起部分对准地球，则在这个方向上的月球直径应该长一些.观测事实证明，这个推测是正确的，不过在这个方向上的直径伸长的程度是极其微小的，大约只有0.36千米，仅及月球平均直径的万分之一左右.同理，月球对地球的吸引力所产生的地球表面潮汐摩擦作用也会对地坏自转起着“刹车”一样的作用，使地球自转速度变慢，周期逐渐加长.当然，加长的速度是非常缓慢的，很难以为人们所觉察.据研究，由于潮汐摩擦，地球上一天的长度每百年才加长0.0016秒.但正是这样一个不起眼的数字，在地质历史上却起了意想不到的累计效应.据推算，45亿年前，地球上的一天只有4小时，30亿年前已延长至18小时，一年日数减少到507天；5.7亿年前，一天约为21小时，一年约421天.按这样的速度变化下去，2亿年后，地球上的一天将延长为30小时，一年日数将减少为300天；50亿年后，地球上的一天将相当于现在的43天，而一年当中的日数将减少为8.5日.

3.笔者的猜测

由于地球和月球组成双星系统，围绕它们的质心在旋转，质心在地球内部，因此对于地球、月球形成了自转，一句话把地球、月球视为质点月球是公转.事实上月球不是质点，又形成了自转.如果以地球为参照系，月球围绕地球转，因此月球的公转和自转周期相同.土星、木星的一堆卫星自转周期都是和公转周期相同.当然这只是猜测，需要更多的数据验证.费曼说：“要想象一些你从未看过的事物，这些事物必须跟已经看到过的东西完全吻合不悖，同时又要和已被想出来的完全不同；此外，它更必须是一些明确、不模糊的设想。那真是困难呀。科学家会做的是聆听，如果对方说的听起来很值得尝试,他的想法很是与别不同,粗看之下没有和以前累积下来的观测结果矛盾,那么就很让人兴奋，值得一试。你不会担心他到底研究了多久或者是为什么他要你听他说。就这方面而言，新想法从何而来根本无关重要。科学就是怀疑的文化。”

地球（英文名：Earth；拉丁文：Terra）是距离太阳的第三颗行星，也是人类已知的唯一孕育和支持生命的天体.地球的表面大约29.2%是由大陆和岛屿组成的陆地.剩余的70.8%被水覆盖，大部分被海洋、海湾和其他咸水体覆盖，也被湖泊、冰川、河流和其他淡水体覆盖着，尤其冰川覆盖最多,它们共同构成了水圈.地球的大部分极地地区都被冰覆盖.地球外层分为几个刚性构造板块，它们在数百万年的时间里在地表迁移，而其内部仍然保持活跃，有一个固体铁内核、一个产生地球磁场的液体外核，以及一个驱动板块构造的对流地幔等.地球的大气主要由氮和氧组成.热带地区接收的太阳能多于极地地区，并通过大气和海洋环流重新分配.温室气体在调节地表温度方面也发挥着重要作用.一个地区的气候不仅由纬度决定，还由海拔和与该地区和海洋的接近程度等因素决定.热带气旋、雷暴、热浪等恶劣天气多发于广大地区，对生活影响较大.地球的引力会与太空中的其他物体相互作用，尤其是月球，它是地球唯一的天然卫星.地球绕太阳公转一周大约需要365.25天.地球的自转轴相对于其轨道平面倾斜，从而在地球上产生季节.地球和月球之间的引力相互作用引起潮汐，稳定地球在其轴上的方向，并逐渐减慢其自转速度.地球是人类共同生活的家园，人类只有一个地球.

地壳（EarthCrust），地质学专业术语，是指由岩石组成的固体外壳，地球固体圈层的最外层，岩石圈的重要组成部分，通过地震波的研究判断，地壳与地幔的界面为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面）.

地幔（Mantle）介于莫霍面和古登堡面之间，厚度在2800km以上，平均密度为4.59g/cm³，体积约占地球体积的82.26%，地幔的质量约占地球总质量的67.0%，在很大程度上影响了地球物质的总组成.地幔的横向变化比较均匀，根据地震波速度的变化以1000km激增带为界面(雷波蒂面)，进一步划分出上地幔和下地幔两个次一级圈层.

地核是地球的核心部分，位于地球的最内部.半径约有3470km，主要由铁、镍元素组成，高密度，地核物质的平均密度大约为每立方厘米10.7克.温度非常高，有4000~6800℃.地核的质量占整个地球质量的31.5%，体积占整个地球体积的16.2%.根据地震波的变化情况，发现地核也有外核、内核之别.内、外核的分界面，大约在5155千米处.因地震波的横波不能穿过外核，所以一般推测外核是由铁、镍、硅等物质构成的熔融态或近于液态的物质组成.液态外核会缓慢流动，故有人推测地球磁场的形成可能与它有关.由于横波在内核存在，所以内核是固态的.