于鵬翔

我們今天的話題從一個簡單的問題開始：地球是靜止的還是運動的？如果你喜歡地理或者天文學，相信你一定會脫口而出：地球必然是運動的呀，地球有自轉，還有公轉。你可能還會說：地球自轉的中心是地軸，公轉的中心是太陽;地球自轉一周是一天，公轉一周就是一年。甚至你可能還會說：不只地球會自轉，其他行星甚至太陽都會自轉;不僅如此，公轉的軌道也不是一個完美的圓圈，而是一個橢圓。沒錯，地球的自轉和公轉是我們認識這個世界的基礎，自轉造成了晝夜的更替，公轉造成了四季的循環(huán)。這兩種旋轉那么重要，但你有沒有想過這些天體為什么會自轉和公轉呢？

天體的這兩種運動可不是一件簡單的事情，它們的形成與整個太陽系的形成都有關系。

旋轉源自太陽系起源

故事要從遙遠的46億年前講起。那時在一片宇宙空間中，沒有地球，沒有太陽，也沒有太陽系，有的只是一大團球狀云氣。當然，這團云可不是天空中那種水汽凝結而成的云彩。這團云氣主要是由宇宙大爆炸產生的氫和氦組成的，而剩下的部分則由死去的恒星拋射在宇宙中的重元素組成，比如鐵、硅等。我們姑且稱這種云氣為太陽星云吧。

也許是由于太陽星云本身密度不均勻，又或者因為遙遠的地方傳來的一陣超新星爆發(fā)所引起的引力波，在46億年前的某一時刻，太陽星云中不再平靜，它開始自己運動起來。就像是平靜的水面原本穩(wěn)定的狀態(tài)被打破，突然泛起漣漪。在引力的作用下，云氣中的物質開始相互碰撞、匯聚。它們有的沿著一條線路橫沖直撞，有的則圍繞某一個中心旋轉，更多的則是一邊旋轉一邊橫沖直撞。

如果星際物質的大小質量相等，運動方向相反，那么碰撞時它們的能量就會抵消，物體會從運動變?yōu)殪o止狀態(tài)。但是在如此龐大的一團太陽星云中，幾乎不存在所有物質聚在一起然后能量完全抵消的可能性?？倳幸恍疤詺狻钡奈镔|要么多了一些質量，要么多了一些速度。這多出來的一點點就會打破原本的平衡，使得這團云氣開始向某一個方向旋轉。如果你覺得難以理解，可以想象臺球比賽的情景：一只白球擊中了一堆彩球，于是滿桌的球開始運動起來，產生了各種方向上的運動，并繼續(xù)碰撞著。只不過桌子給球的摩擦力最終會使球停下來，而在茫茫宇宙中，幾乎沒有摩擦力，運動一旦開始就不會停止。這時如果從這團云氣的上方觀察，你就會看到整個太陽星云都在圍繞一個中心旋轉，而這個旋轉平面的上下部分物質還會彼此靠近合并。它們自身運動所攜帶的能量也會在碰撞中相互抵消，那些抵消不掉的能量就轉化為整個星云旋轉的力量。

在旋轉中，太陽星云變得越來越扁，就像廚師旋轉一張比薩餅的面皮那樣越轉越平。旋轉的太陽星云越來越像我們現(xiàn)在見到的太陽系的形狀。與此同時，它的直徑也在物質的合并中變得越來越小，直徑減小帶來的直接后果就是太陽星云旋轉的速度越來越快。合并使旋轉加速，而加速又讓更多的物質有機會合并。就這樣過了億萬年，這片星云旋轉中心的位置聚集的物質越來越多，密度越來越大。最終它的核心因為巨大的壓力和極高的溫度產生了核聚變反應。霎時間，代表了巨大能量的光從中激發(fā)而出，太陽就誕生了。

在這片星云的不同軌道上，同樣的事情也在不斷發(fā)生，只是因為太陽星云中絕大部分的物質已經被太陽占有，所以這些軌道中能形成的其他星體就要小得多，無法發(fā)生核聚變反應。但是它們也在努力地合并著周圍的物質，就像大魚吃小魚，它們周圍的軌道被“吞”得越來越干凈，最終形成了太陽系中的行星、衛(wèi)星、小行星、彗星等。而這當中就包括我們的地球。

發(fā)生了這一切，但太陽星云最初的那個旋轉的力量并沒有消失，而是被保留在了太陽和行星中，形成了行星圍繞太陽的公轉以及行星的自轉。行星不僅繼承了旋轉的力量，也繼承了旋轉的方向。所以我們可以見到現(xiàn)在的太陽系中，所有行星都是沿著一個方向公轉的，而且?guī)缀跛行行堑淖赞D方向也一致。

頻發(fā)的宇宙“交通事故”

不過這個關于旋轉的故事講到現(xiàn)在還沒有結束。如果太陽系一直在平靜地旋轉，那么照理說所有行星不但自轉方向一致，而且自轉的角度也應該一樣，就像旋轉木馬，每一匹木馬都有一個與旋轉中心平行的軸。但是真實的太陽系并不是如此統(tǒng)一的。在太陽系形成的早期，時不時就會有一些不安分的“小家伙”闖入大行星的軌道，于是一場場宇宙間的“交通事故”就不可避免地發(fā)生了。

拿地球來說，在它剛形成不久時，一顆名叫忒伊亞的小行星就闖入了地球軌道，并與地球發(fā)生了一次“親密接觸”。這次碰撞的力量極為驚人，已經不能用天崩地裂來形容了，剛剛形成的地球甚至因為這次撞擊差點兒“粉身碎骨”。這次撞擊的一個直接后果就是地球被撞歪了，使地球的自轉面與公轉面形成了23.5°的夾角。

地球如此，其他行星自然也無法避免類似的撞擊：天王星被撞得躺倒，它的自轉方向與公轉方向大約呈90°。而金星更是被撞得翻了個跟頭，它的自轉方向和公轉方向幾乎相反。再加上其他天體自身和相互的復雜作用，比如天體之間的潮汐作用、星體自身的自轉軸進動等，天體們便形成了各自不同的自轉和公轉形態(tài)。

不簡單的旋轉

這個跨越46億年有關旋轉的故事到這里就要結束了。但是你可能已經想到一個關鍵問題：人類并沒有能力穿越到46億年前去觀察太陽系的形成，那我們憑什么說地球的自轉和公轉都是繼承于太陽系形成時產生的能量呢？

其實，地球旋轉的原因遠比我講的復雜得多。這個看似屬于地理學或天文學的問題中充滿了物理學、化學等知識。比如說我們提到的太陽星云的成分就屬于化學知識，而旋轉的力量屬于物理知識，證明地球與月球的起源還需要地質學知識，而通過觀察而研究太陽系的形成又需要天文觀測的知識。甚至關于太陽系的形成、地球遭受撞擊等問題，科學家們還有很多不同的解釋。我們講的這些知識只是目前科學界認可最廣泛的科學解釋，而非確鑿定論。

科學就是這樣，總是從假說走向真理，但在追尋真理的過程中，我們還要不斷去推翻、重建。希望大家也能帶著這個問題不斷地思考、探索，在未來的某一天給出自己的答案。