地球为什么会自转和绕太阳公转?原动力哪来的?

地球为什么会自转和绕太阳公转?原动力哪来的?

地球同太阳系其他八大行星一样,在绕太阳公转的同时.围绕着一根假想的自转轴在不停地转动,这就是地球的自转.
几百年前,人们就提出了很多证明地球自转的方法,著名的“傅科摆”使我们真正看到了地球的自转,但是,地球为什么会绕轴自转?为什么会绕太阳公转呢?这是一个多年来一直令科学家十分感兴趣的问题,粗略看来,旋转是宇宙间诸天体一种基本的运动形式,但要真正回答这个问题,还必须首先搞清楚地球和太阳系是怎么形成的.地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关.
现代天文学理论认为,太阳系是由所谓的原始星云形成的,原始星云是一大片十分稀薄的气体云,50亿年前受某种扰动影响,在引力的作用下向中心收缩.经过漫长时期的演化,中心部分物质的密度越来越大,温度也越来越高,终于达到可以引发热核反应的程度,而演变成了太阳.在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层,经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程,在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星,最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体.
我们知道,要测量一个直线运动的物体运动快慢,可以用速度来表示,那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢?一种办法就是用“角动量”.对于一个绕定点转动的物体而言,它的角动量等于质量乘以速度,再乘以该物体与定点的距离.物理学上有一条很重要的角动量守恒定律,它是说,一个转动物体.如果不受外力矩作用,它的角动量就不会因物体形状的变化而变化.例如一个芭蕾舞演员,当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候（质心与定点的距离变小）,他的旋转速度就会加快,因为只有这样才能保证角动量不变.这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用.
形成太阳系的原始星云原来就带有角动量,在形成太阳和行星系统之后,它的角动量不会损失,但必然发生重新分布,各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量.由于角动量守恒,各行星在收缩过程中转速也将越来越快.地球也不例外,它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转,地月系统的相互绕转和地球的自转中,这就是地球自转的由来,但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动还需要科学家们做大量的研究工作.
这就是说,在地球的形成过程中,运动——尤其指旋转,自始至终伴随着地球的形成过程而不是地球形成之后再在某种原因下开始自转或公转的.
我们知道,太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转,而且是按照右手定则的规律自转,所有或者说绝大多数天体的公转也都是右手定则.为什么呢?太阳系的前身是一团密云,受某种力量驱使,使它彼此相吸,这个吸积过程,使密度稀的逐渐变大,这就加速吸积过程.原始太阳星云中的质点最初处在混饨状,横冲直闯,逐渐把无序状态变成有序状态,一方面,向心吸积聚变为太阳,另外,就使得这团气体逐渐向扁平状发展,发展的过程中,势能变成动能,最终整个转起来了.开始转时,有这么转的,有那么转的,在某一个方向占上风之后,都变成了一个方向,这个方向就是现在发现的右手定则,也许有其他太阳系是左手定则,但在我们这个太阳系是右手定则.地球自转的能量来源就是由物质势能最后变成动能所致,最终是地球一方面公转,一方面自转.
地球公转就是地球对太阳的绕转.太阳系的其它行星都有这样的绕转,太阳是它们共同的中心天体.所以,地球绕太阳的运动被称为“公”转.
地球公转是一种环绕运动,它的运动方向只能是一种绕转方向.它同地球自转的方向一致,即在北极看起来,地球公转呈逆时针方向.这样的旋转方向被叫做向东.所以,人们习惯上就说地球向东公转.
严格地说,地球公转所环绕的不是太阳中心,而是太阳和地球的共同质量中心.换句话说,地球公转并不是地球单方面的运动,而是地球和太阳同时环绕它们的共同质心运动.如果不计其它行星的存在和作用,那么,地球和太阳始终处于它们共同质心的相反两侧：当地球在共同质心的这一侧转过一定的角度,太阳便在另一侧转过同样的角度；地球环绕共同质心一周,太阳也环绕它转动一周.二者方向相同,周期相等.当然,由于其它行星（特别是木星）的存在和作用,太阳所环绕的不是日地的共同质心,而是太阳系的共同质心.
我们知道,太阳和地球的质量非常悬殊,因此,它们的共同质心,十分接近太阳中心.具体地说,太阳质量是地球质量的333 400倍,日地共同质心与太阳中心之间的距离,仅值日地距离的l/333 400,即约450km.这对于具有70万 km半径的太阳来说,是微乎其微的.因此,把地球公转当作地球单纯地绕太阳运动,还是十分接近事实的.
地球公转有多方面的物理证据.它们是：恒星周年视差、光行差和多普勒效应.恒星的周年视差,是地球在轨道上的位移对于恒星视位置的影响；恒星的光行差,是地球的轨道速度对于光行方向的影响；多普勒效应则是地球的轨道速度对于星光频率的影响.它们从不同侧面证明了地球的公转.