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地球为什么是个球?并不是所有的天体都是球体!

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online_member 发表于 2024-6-10 14:07:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
自古以来,针对“地球是什么形状?”的讨论数不胜数。我国古书《周髀》中记载“天圆如张盖,地方如棋局”,这也正是“天圆地方”的由来。
而古巴比伦人和古印度人则认为地球是座海龟驮在背上的山,只不过,因为古印度人崇拜大象的缘故,他们想象中的这座山不是由海龟直接驮着,而是由屹立在大海龟背上的三只神圣的大象驮着。
相比之下,古希腊人的观点更接近正确答案一些(虽然理由也很草率)。他们认为大地是圆的,之所以这样认为,并不是因为他们有什么实质性的证据证明了这一观点,而是因为他们认为球体是几何图形中最完美的形状。

地球为什么是个球?并不是所有的天体都是球体!867 / 作者:做我的仆人 / 帖子ID:127245

直到麦哲伦历时三年完成了人类历史上的第一次环球航行,才真正证实了“地圆论”这一观点。
为什么地球不是正方体、圆锥体,而是近球体呢?难道真是有什么神秘的天外力量在操纵它的形状?跟着胖科一起来看看吧!
不可或缺的电磁力
物理课上大家都学过天地万物的存在状态大体可以分为三种:固态、液态和气态。由于分子间电磁力的相互作用关系,固态有明确的形状。液态分子之间的距离比固体远得多,分子间的电磁吸引力也就较弱,所以液体没有固定的形状。
胖科:“水滴状”了解一下。

地球为什么是个球?并不是所有的天体都是球体!934 / 作者:做我的仆人 / 帖子ID:127245

液体不是没有固定的形状吗?那这是怎么回事儿呢?其实,液滴成球的主要因素是液体的表面张力,其本质还是回到了上文提到过的分子之间的电磁力上。
还记得之前的“天空课堂”上展示过的一个画面吗?在没有地球引力的影响下,让滴液自由下落,表面张力会使滴液呈现完美的球形。这是因为形状为球形时液滴的表面势能最小,而势能最小时,系统最稳定,这就是“最小势能原理”。
无处不在的万有引力
除了分子之间的电磁力之外,“万有引力”肯定不会缺席。只要有质量存在,就会有万有引力,因此物体中每个分子都会对其他分子产生吸引力,如果想要破坏物体的完整性,也就是说必须要克服分子之间的万有引力。

地球为什么是个球?并不是所有的天体都是球体!798 / 作者:做我的仆人 / 帖子ID:127245

除了自身的引力之外,物体双方之间也具有引力关系,且与物体的质量成正比,与两者之间的距离成反比。也就是说,物体之间的引力大小取决于它们的质量大小和两者之间的距离远近,和物体的形状是没有关系的。
电磁力与万有引力相辅相成
引力与质量相关,电磁力与质量无关,只和电量有关。对于小体积的物体来说,每个分子自引力的作用要比电磁力小得多,所以当电磁力>引力,物体就能够保持自身的形状
但是当物体的质量增大到某一程度时,超过了临界点,引力就会战胜电磁力成为主宰,根据“最小势能原理”,物体最终就会变成一个球。在这种尺度之下,再坚硬的物体在引力的作用下,也会被“揉捏”成引力势能最小的形状——球体。而气态行星在引力主导的前提下,也会遵循这一原理。

地球为什么是个球?并不是所有的天体都是球体!222 / 作者:做我的仆人 / 帖子ID:127245

地球正是在这两种因素以及自转的作用下,成为了一个不是非常完美的“球”。虽然在地球表面,还是有山峦起伏等,但是这些山峦是地球板块运动造出来的,山的起伏和它本身的直径相比,这些可都可以忽略不计了。
并不是所有的天体都是球体
并不是所有的天体都是球体,那些尺度只有几十千米的小行星或彗星、慧核等形状更是千差万别,2017年造访太阳系天外来客“奥陌陌”形状为类似雪茄的长条形。
土星、木星这样的气态巨行星除了上文中提到的两种作用力之外,也会受自转的影响,自转产生的惯性离心力在赤道附近最大、两极附近最小,在极点处等于零,因此,它们的形状会更接近于椭球状,再加上它们自身自转周期更短,所以扁平外形相当明显。
也有人提出,如果天体的自转速度足够快,最终将突破椭球,成为一个环,因为环形会比椭球的势能更低,也更稳定。虽然这一说法目前还只是理论阶段,但也从侧面证明了天体形状的多样性和不可预性。
但是可以明确的一点是:万有引力不会允许出现大质量的不规则天体。也就是说,不管是像地球这种内部熔融的天体,还是月球和水星这些内部已经固结的岩石天体,只要它的质量足够大,最终形状都为球体。而现在出现的这些形状各异的天体,都还处于被“驯化”的阶段,不过最终的“结局”也是显而易见——都将归结于球体。
看到这里大家有没有一种豁然开朗的感觉呢?宇宙浩瀚无边,还有更多的未知等着我们去探索~
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