天体为什么会自转和公转

2024年2月22日发(作者：财务培训内容有哪些)

天体为什么会自转和公转

天体为什么会自转和公转

摘要：众所周知，地球等太阳系中的天体会自转和公转，太阳系外的天体（如NGC3115、小熊座α星、NGC3627、NGC5194、NGC6626等）也会自转和公转，那么，天体为什么会自转和公转呢？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？太阳系外的天体又是由于什么而运动的呢？

关键词：万有引力角动量守恒二力平衡惯性热胀冷缩热力学状况不均

正文：

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，但这个问题的真正答案，目前尚无定论，仍存有争议，主要说法有以下几种：

1.角动量守恒

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。

2.二力平衡

太阳系几乎所有天体（除了金星和天王星），包括太阳、行星与卫星自转方向相同。那时因为太阳系的所有天体都是诞生于同一片星云中，所以才会有相同的自转。在其它太阳系中，自转与公转方向就未必会是逆时针，但方向仍然会保持一致（至少是基本一致）。

行星和卫星为什么会公转，这是由两种力平衡作用的结果。因为行星（卫星）有惯性力，按照这种惯性力，行星会沿着直线飞行并被惯性力推向无穷远。那为什么地球没有脱离太阳系向远处飞去呢，因为太阳有引力。太阳的引力趋向于将地球拉向太阳，因此太阳的引力避免了地球飞离太阳系。与此同时，我们永远受到一个让我们坠向太阳的引力，但惯性力拯救了我们。正是这两种力的平衡，使地球与其它天体产生了轨道运动。

水星比地球靠太阳更加，受到的太阳引力也更强，水星之所以没有坠落到太阳上是因为水星的惯性力较强。火星距离太阳更远，太阳的引

力与自身的惯性力都要小些。因此这两种力的平衡状态使得它们拥有了各自的轨道运动，惯性力也叫离心力。

要弄明白星体为什么会自转就比较复杂了，首先要知道这些天体是怎么形成的。恒星是由星云在引力作用下聚集的。无论星云是从哪个方向而来，最终都会保持一个方向运转，这就好比东南西北风同时汇聚，最终只会留下一个风力最强的风，因此只会留下一个风向。星云以同样一个方向运转，形成了一个巨大的盘状漩涡并不断向中心塌缩。塌缩的星云核心形成了恒星。而其他物质在恒星形成后继续保持同样的方向公转，并在此公转过程中聚集成了行星。因此这些行星拥有相同的公转方向和自转方向。卫星是行星形成后残留的碎片聚集而成的，因此卫星也拥有与行星相同的自转与公转方向。

当然这不是绝对的，如果有哪个行星或者卫星以相反的方向进行公转（例如海王星的第二个卫星海卫二），那么这颗行星（卫星）肯定不是在这个太阳系系诞生的，而是在太阳系诞生后意外闯入再被捕获的。

3.单一引力

（1）、自转的形成：由于地球表层的凸起和凹陷，造成了地球表层磁场强度的不同，会使地球表层与空间气体之间纵向、特别是横向之间产生的引力不同。但是就在这样一个看起来磁场引力之间极其混乱的空间环境，在地球必然已经形成了赤道、南北极的基础上，经过

横向顺时针和逆时针与空间气体之间、引力强弱的抵消和排除，最终

必然就会剩下与空间气体之间是顺时针或是逆时针单一的一个空间方向的引力、动力，此时地球必然要以这个力产生自转，这就是地球自转及自转方向的形成。

（2）、公转的形成：我们通过观察都能知道地球是在逆时针自转，这就是地球最终是与逆时针空间方向的气体产生了单一的引力、动力。由于越远离恒星空间方向的气体越稀薄这一真理，所以行星都是持续的在晚上这一时间段要比白天这一时间段与空间气体之间产生相对更大的引力，地球同样如此。根据燃烧的火苗必然是要跟气体相对稀薄空间方向的气体产生更大的引力这一真理，如果一个行星是在顺时针公转，它就是持续的在晚上这一时间段与顺时针公转这一空间方向的空间气体之间产生着相对更大的引力、动力。所以行星由此就形成了顺时针自转就必然是要顺时针公转这样的空间现象、这个宇宙空间的真理。由于地球是在不停的衰退、是在逆时针自转，所以地球必然是在逆时针由外向内螺旋式逐渐靠近恒星太阳公转的。

4、热力学对流

天体的自转是由于热力学状况不均造成的，如太阳系内部的热传导扩散不均，导致热力发散的对流运动和热力分布的能级梯度，这是太阳系自转分化、行星形成和绕日公转的基本原因。而行星公转其实是太阳系自转的一部分，太阳系原始弥散物质的对流运动，在不同能级范围凝结成各个行星。它们在近日时受热膨胀内能增大导致总体上的升浮运动，而在远日时散热冷缩内能减少导致回落沉降运动，这种

总体热力学状况在时间上的差异，决定着行星绕日的公转运动。公转过程是一个吸收与发散热辐射能量的阴阳消长过程，升浮与沉降构成一种对时间展开的对流旋转运动。行星物质在热力学上的平均性质即热胀冷缩能力，决定着它公转轨道的偏心率。而行星自转是由行星自身的热对流带动的，受内部物质相对的热力学属性的影响。同一天体的自转与公转，其实是不同层次、不同形式的热力学对流运动。

物体热胀冷缩的内在排斥与吸引，导致密度改变和在引力场中的升降沉浮运动。而不同质量密度物体在物质场中所受的浮力与重力，

正是这种热力学关系的表现，其实是热力学场中的一种相对的力学效应。浮斥与吸引本是相对而辩证的，当我们置实际浮力于不顾而强计重力时，比如对于氢气球，我们就消除了体积而得到只与质量相关的绝对引力。然而，密度比重较大的物质，其比热较小，引力与热力仍然以最隐密的方式相关联。考虑到引力场中的热力学辐射与吸收的方向和梯度，可以说是与引力场高度一致，反映着引力的热力学本质。热力本来是一种斥力，那就是导致物质不相容的斥力，但物体对热辐射的吸收导致了引力，斥力是与引力对立统一的。万有引力的实质是物体之间热辐射的吸收负压效应，在量上等于系统外向辐射的综合反冲力。物体的引力场强度就是它的热辐射分布强度，与辐射物的质量及其温度成正比而与距离平方成反比。引力关系是通过热的辐射-吸收关系而建立的，作用速度为光速，并会随着热的辐射-吸收关系受到环境温度变化的影响。

天体运行实质上是热力学的对流运动，一个天体的自转与公转是

不同层次的对流旋转。热力学对流旋转通过物质能量的流动交换，逐渐形成物质能量的分布梯度而产生量子分化，导致天体系统的发育、形成和演化。通过自转与公转，卫星、行星、恒星、星团、星系、星系团等以各自的热力学属性与态势，逐级参与更高质能系统的运动与构成。热力学梯度越大对流活动越强烈，质能系就转动得越快而能动量越大。这实质上与东方古老的阴阳鱼太极图宇宙模型相似，而在形式上与笛卡尔的以太旋涡观念相似。考虑到易学内经和元气论传统的宇宙阴阳气化和升降沉浮运动诸内容，可以说由朴素天象抽象转化而形成的太极图，形象地表现了阴阳对流转化的宇宙观，意外地预示了一般天体运行和演化的形式与实质，可以作为科学的宇宙模型来看待和复活。

天体或天体系统的热力学对流旋转是天体运行的实质，可以用太极图示意从原子到天体和天体系统的普遍运动形式及其热力学实质，初步称为对流旋转宇宙模型。在普通的热力学关系之外，对流旋转的宇宙运行观念还可作更一般的理解。宇宙空间的物质分布，在自由流动的层次上，必然会由于分布压力的变动形成相对的流动关系，包括

自由扩散以及卫星云图那样的相对流动形式。可以说对流旋转观念天然地包涵着可理解的广义的引力原因，这远远超出了万有引力的狭义动因范围。无论从运动形式还是运动原因来看，对流旋转观念都是比向心旋转更一般更普遍的运行观念。除了阴阳气化和对流旋转的朴素热力学内容，太极图的阴阳消长和转化还涉及能量辐射和物质演化等广义热力学内容，总称对流转化宇宙模型。

总而言之，天体的自转和公转是一个未解之谜，涵盖了天文学、物理学、地理、自然科学、历史等多个学科。我们高中生应该努力学习科学文化知识，争取早日解决这一难题，这对科学的发展来说，有重要意义。

参考文献：

1.为什么地球会自转和公转雅虎知识堂

2.天体为什么会自转和公转百度知道

3.天体自转与公转的原因与实质关山月新浪博客

4.天体为什么会自转和公转科学松鼠会论坛