春天有繁花盛开,秋天有明月高悬,夏天有清风徐来,冬天有白雪皑皑。季节更迭,寒来暑往,时光流转,枯木逢春,万物轮回,年复一年,所有这些更替都是因为地球围绕太阳运行所致。你可曾思考过这样的问题吗?倘若某时某刻,地球突然宣称:“我感到疲惫,不再愿围绕太阳旋转了!”将会产生何种后果?倘若地球停止围绕太阳旋转,那么一年四季的周期性变化岂不就此消失?事情可没有我们想象的这么简单啊!
春夏秋冬一年四季
我们来聊一聊,假如地球不围绕太阳公转了会发生什么?
地球跟太阳系里其余天体相似,都受到太阳吸引,因而围绕太阳运行。地球的赤道平面跟地球绕太阳公转的轨道平面之间有个23度26分的角度,因此地球在绕太阳运行时,太阳直射的地方会在南北回归线之间变动。这种情形导致地球特定区域正午太阳高度发生改变,同时白昼与黑夜的长度也跟着波动,进而引发气温的起伏,最终促成了季节的更迭。
地球和太阳
地球位列太阳系由内向外的第三位置。它与太阳的平均距离达到一亿四千九百六十万公里。地球环绕太阳运行一圈历时三百六十五日,即为一个年度。其沿太阳运行的路径近似为圆形轨迹,据此推算出地球公转的总路程大约为九亿四千多万公里。地球的公转速率大约是每秒29.8千米,换算成每小时便是10.73万千米,这表示地球沿着它的运行路径,每小时行进的距离能够达到地球自身横截面的八倍多。真没想到,地球竟然会以这么快的速率绕着太阳进行旋转。
倘若地球不再绕轴自转将会怎样呢?那么,地球将遭遇两种毁灭。我们逐一阐述。
地球或许会因内部积蓄的庞大力量而遭毁灭。先前说过,地球以每秒29.7公里的速率绕太阳运行。如此庞大的行星以如此高速运行,其蕴含的动能极为可观。倘若它突然停止运动,这股庞大的能量就必须另寻途径释放。最终这些能量会转变为热能。
地球停止自转的后果
地球自身释放的能量是否会导致其毁灭?我们可以计算地球环绕太阳运行时的动能,其公式为Ek等于质量乘以速度平方再除以二。
计算地球质量与公转速率的公式得出数值为2.63×10^33焦耳。该数值相当于12500万亿枚人类史上威力最大的核弹沙皇氢弹同时引爆所释放的能量总和。此能量规模约为地球引力结合力的十二倍。倘若地球停止自转,其释放的能量足以彻底毁灭地球,使其化为一片灼热的气态物质。
地球坠向太阳
接下来,地球可能会坠向太阳。即便地球侥幸避开了首个劫难,仍将面临一个更为严重的威胁。众所周知,地球在太阳引力的支配下围绕太阳运行。太阳的引力持续将地球向其吸引。为了不坠入太阳,地球需要凭借高速运动形成的离心力与太阳的引力相抗衡。倘若地球不再围绕太阳旋转,它必将受到太阳巨大吸引力的作用,最终会坠落到太阳表面。
大家觉得地球停止公转所带来的两种后果,哪种更严重呢?
那么问题来了,地球如果停止自转,需要多长时间才会坠入太阳?这个问题的答案也可以通过计算得出。让我们一起来探索一下。
这个情形涉及开普勒第三定律,该定律揭示,行星轨道长半轴的立方与它们对太阳旋转周期的平方的比值,是一个固定值。
彗星
在结果揭晓之前,我们先来谈谈关于彗星的话题,这样有助于我们更直观地理解这个问题。彗星虽然出现频率不高,但它们给我们的感觉非常强烈。每当它们进入我们的视野,总会伴随着一条显眼的拖曳物。
星体运行的路径与行星差异显著。它们沿着狭长的椭圆形轨迹行进。这些天体的最远距离可达数十亿公里,而最近距离却能紧邻太阳。部分星体的最近点会深入太阳核心区域。这种情况表明,当它们接近太阳时,有可能与之发生碰撞。科学家曾在2003年和2011年记录到星体撞击太阳的天文现象。由此可见,彗星围绕太阳的运行轨迹可以这样认识:当彗星向太阳靠近时,它实际上是在太阳的引力作用下不断坠落。
地球停止公转坠向太阳轨道示意图
这样的话,我们可以把地球绕太阳的运动,想象成一颗沿特别狭长的椭圆路径飞行的天体。这个椭圆的一头固定在地球的运行路径上,另一头则正好位于太阳的所在位置。由此可见,这个虚拟天体的轨道半径,恰好是地球轨道半径的一半。如果设定地球的轨道半径数值为一,那么这个虚拟天体的轨道半径就是零点五。根据开普勒第三定律,我们可以得到下面这个比例式:
地球旋转一圈所需时间的平方,与彗星围绕太阳旋转一圈所需时间的平方之比,等于地球轨道最长距离的立方,与彗星轨道最长距离的立方之比
地球围绕太阳旋转一圈的时间为三百六十五天,其运行路径的半长距离是1个单位,那颗天体的运行路径半长距离为0.5个单位,我们关心的是地球要是直接坠向太阳,大概需要多久,换句话说,就是这颗类似天体横跨其运行轨道全程所需耗费的时长,所以,按照先前计算得出的这颗天体环绕太阳运行的时间,再将其数值减半,最终结果便是六十四天。
地球坠向太阳
这个结果是否令你十分意外?地球不再自转,它将在两个多月内坠向太阳,最终化为乌有。
计算中发现个有趣现象。根据开普勒第三定律得出的那个比例关系,最后能化简成365除以根号下32,也就是365除以5.67。365恰好是地球公转一圈的时间。其实,我们想知道某个行星或卫星停止绕转后,需要多长时间才能坠向中心天体,只需要用该天体的公转周期除以5.67就行。这说法真的准确吗?我们举个例子吧!
水星和太阳
水星的公转一圈需要88天。倘若它停止了旋转,大约需要十五又二分之一天就能跌落到太阳那里。木星绕太阳转一圈的时间长达11年零八个月多,折算成天是四千三百二十九天。假如木星也停止了运动,那么它将在七百六十三天之后撞上太阳。
如果地球停止自转,需要多长时间才会坠入太阳,这种推算方式是否颇具启发性?愿意尝试的朋友不妨算一算,我们知道月球绕地球运行的周期为27.32天,要是月球停止运动,它将多久才会撞上地球?请在留言区公布你的推算答案。
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