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作者 Muscovy (三分熟的鬧鐘)
標題 Re: [問卦] 地球自轉
時間 Fri Feb  9 05:19:34 2018

※ 引述《yoyodiy (廢文心得文大師)》之銘言：
: 研究表示 因為地球自轉變慢 所以今年大地震會增加

        我來科科科科科普一下地球的轉動啦...

        研究地球的科學家會把地球的轉動分成三個部分.
        第一是公轉, 第二是自轉, 第三是地軸指向的運動.
        不管是穩定性, 能量或攜帶的角動量, 由大排到小都是這樣.
        公轉跟自轉大家都知道, 今天科普的範圍是地軸指向.

        地球放在太空中轉動, 它的行為跟陀螺很像.
        歪放著轉的陀螺, 轉軸會繞圈, 沒力的還會一直點頭.
        https://www.youtube.com/watch?v=75BM2O8ytZs
Precession and Nutation - YouTube
This is a short clip of a gyroscope undergoing precession and nutation.

 
        這個影片只有三秒鐘, 不是我做的, 繞圈跟點頭就是長這樣.

        地球科學家把地軸繞圈叫做 precession, 進動.
        地軸點頭也有個詞叫做 nutation, 章動.
        這兩個詞沒什麼學問, 看到鄉民用這個詞唬你, 不要被嚇倒了.
        另外有個叫做極移的行為比較酷, 不過它不在今天科普的範圍.
        請自行 google: polar motion of the earth.


        名詞解釋沒學問, 有學問的是「地球轉動為什麼會忽快忽慢」.

        忽快忽慢的原因很單純: 地球身上有受外力矩, 會改變角動量.

        這裡面有一個比較容易想像的觀念...

        「月球或者太陽對地球所施加的重力不均勻. 」
        這當然, 地球總是有一邊離月亮比較遠, 另一邊離月亮比較近.

        但是還有另一個比較難想像的觀念.
        「這些重力差異, 對整個地球由內到外所施加的合力距不為零. 」
        這裡頭有個關鍵是地球不是完美的球體.
        想像一個雞蛋形狀的東西, 整個雞蛋泡在一個平方反比的重力場.
        這些重力加起來會讓雞蛋有轉動的企圖!!

        好啦, 我知道有點難想, 不過重點是這句話...
        「在日地月的重力系統中, 地球的質量分佈導致它身上有力矩. 」

        接下來就比較簡單了.
        有力矩的東西, 角動量就要變.
        地球有很多部位能藏角動量, 鄉民跳舞也有貢獻, 不過自轉是大宗.
        它可以用進動對應外力矩, 讓地軸沿特定的方向偏一下.
        這種改變之下, 自轉的轉速是不會有變化的.
        但麻煩的是, 進動所貢獻的變化不能滿足地球感受到的力矩.
        因為它只能改變一個特定方向的角動量, 我們就說是 Z 軸好了.
        另外還有 X 軸與 Y 軸的角動量也要受力矩影響.

        很簡單, 地軸開始點頭, 它用章動來回應力矩.
        這也能改變角動量, 而且很厲害的是, 章動的貢獻一定跟進動垂直.
        不過, 進動加章動還不夠, 物理學家們說這個叫做維度不足.
        就是說, 力矩有三個維度, 所以你必須用三個對付三個.
        最後一個進來補償力矩的, 就是地球自轉的速度.
        地球改變自轉所貢獻的角動量變化, 也會跟進動與章動互相垂直.

        但是, 補償的過程中, 哪個變快那個變慢其實很難說.
        最大的問題就是我們不知道地球內部的質量是如何分布的.
        頂多知道地球還蠻圓的...
        不過呢, 偏偏這個現象的起因就是「地球其實也沒那麼圓... 」
        所以完蛋了, 這個研究方向沒下文.

        不過我們仍然知道一件事:
        「如果地球所受的力矩沿著自轉方向有值, 地球的轉速就會變. 」
        變快或變慢是可以觀測的, 拿來推測一下地球內部的器官也是略懂略懂.

        總之, 太陽跟月亮會讓地球有時候轉得快一點, 有時候慢一點.

        ----
        接下來是比較好玩的「潮汐鎖定」.

        月球永遠用同一面對著地球...
        除了狂派要負責之外, 潮汐鎖定也是另外一個原因.

        科博館的角動量守恆, 其實就是一個很好的潮汐鎖定的例子.
        想像你坐在一個自由轉動的椅子上, 手上有個飛輪在轉.
        飛輪當然不會用同一個面看著你...
        現在把它捏死, 讓它不動, 換你開始轉了, 對吧... ??

        注意看飛輪, 它會跟著你一起轉, 而且永遠用同一個面看你.

        這就是潮汐鎖定.
        只是地球捏死月球的力道沒有你那麼暴力.
        它也是用重力所產生的合力距.
        這個影響是雙方的, 月球的角動量減少, 地球增加.
        而地月系統的總角動量不變.

        捏死月球的力道叫做潮汐力.
        酷酷的科幻小說會說, 「潮汐力來自於重力場的差值. 」
        對月球來說, 地球的重力幾乎都來自於某個方向.
        把那個平均值扣掉, 就會形成一個酷酷的力場, 這些殘值叫潮汐力.

        之前有記者寫「因為潮汐摩擦讓地球自轉變慢... 」
        這是有點唬爛的說法, 水跟地球的質量比差太多了.
        再加上產生潮汐的水又只有一部分.


        而且, 月球上明明就沒有水... 它怎麼也被相位鎖定了!?

        回到正文, 軌道的相位鎖定, 關鍵在於「有能量散逸」.
        如果地球跟月球都是剛體, 潮汐力的效應就不是這樣.

        它會偶爾讓這個快, 偶爾讓那個快, 偶爾一起快.
        而重點就是整個變化會一直持續下去, 而不會變慢.

        非剛體受力會產生變形, 變形生熱... 物理學家們都這麼說.
        月球被潮汐力蹂躪的過程中, 會因為變形生熱, 而逐步損失動能.
        那個變形的規模是整顆星球的哦, 從球心到球面.

        損失的動能表現在月球自轉越來越慢, 而且沒辦法恢復.
        月球對地球也有同樣的效應.
        所以地球的自轉會慢慢變成一個月.
        然後太陽對地球其實也有同樣的效應...
        所以到了很久很久很久以後, 地球的自轉會變成一年.
        不過可能在度日如年之前太陽就毀滅了, 請不要太擔心!!

        科普完畢.

        至於地球自轉的加減速是不是會引起地震??我不知道.

: 結果花蓮大地震
: 地球自轉速度 465.1 m/s 這麼快 如果不轉動
: 地球板塊就不會移動 那不就不會發生地震了
: 另外地球自轉那麼快 我朝天空丟棒球
: 幾秒後還是進到手套 這是什麼原因? 照常識判斷不是掉到幾百公尺外嗎?
: 有沒有八卦?

        其實有偏移, 它叫做柯氏力效應, 交給其他鄉民來科普.


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  新詩練習：新鮮。踩破初春裡的狗大便；不經意的滄桑，滿溢著嫩黃的喜悅。

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推 saupackage: 好煩喔一大早1F 02/09 05:21
推 parrot11: 推地科系2F 02/09 05:22
推 yenam: 先推假裝聽得懂3F 02/09 05:25
推 ridecule: 推推推 先推再看4F 02/09 05:25
推 kinomon: 推科普5F 02/09 05:25
推 boriszz: 先推假裝看得懂6F 02/09 05:26
→ kinomon: 高中生表示：2萬6 4萬1 10萬7F 02/09 05:27
推 cubegaga: 垂直上拋 沒風吹的話不會偏移吧
應該是有跨緯度的移動距離才要考慮到科氏力影響吧8F 02/09 05:29
推 sun123456tw: 睡覺10F 02/09 05:30
→ Muscovy: 奇怪我怎麼一直把力矩寫成力距咧... O_O11F 02/09 05:33
推 rjanujjko: 推 看懂60%12F 02/09 05:33
→ Muscovy: 柯氏力其實是三維的哦, 往空中拋的也有, 只是很少討論.13F 02/09 05:34
推 Electricfish: 推專業解析14F 02/09 05:35
推 DarkIllusion: 感覺很專業15F 02/09 05:36
推 Benbenyale: 進動阿 還蠻重要的觀念16F 02/09 05:36
推 IsaacNewton: 講這麼難 誰看得懂啊17F 02/09 05:37
推 celestine412: 你是睡醒還是剛要睡啊 推認真18F 02/09 05:38
推 cubegaga: google了一下 大概知道了 不過也要上拋距離很大才有明顯的影響吧19F 02/09 05:40
推 pikakami: 推地科系21F 02/09 05:42
推 jc897827: 嗯嗯 跟我想的一樣呢22F 02/09 05:43
推 B05504021: 所以其實潮汐鎖定後 系統能量分佈較均勻 4這樣咪？23F 02/09 05:44
推 a94037501: 太陽跟月球不在同一個平面嗎24F 02/09 05:55
推 phoenix0710: 我智商好低25F 02/09 05:55
推 a94037501: 地球跟月球因該角動量守恆可是月球跟黃道面有角度所以會章動?26F 02/09 06:01
推 Dinenger: 跟我想得差不多28F 02/09 06:05
推 acolam: 推29F 02/09 06:13
推 jim47085: 推 知識文30F 02/09 06:14
推 SRNOB: 嗚嗚嗚  我物理好爛31F 02/09 06:16
推 NotLuo: 先推了32F 02/09 06:24
推 look: 一早就專業什麼啦33F 02/09 06:35
推 caffpetiy: 那是什麼造成地球自轉軸的變動？34F 02/09 06:46
推 ghaz: 推 每個字我都看得懂35F 02/09 06:47
推 uc500: 我高中物理老師也常常跟我們說各種地球毀滅的方法
想起來好懷念 念物理的是不是都這樣啊XD36F 02/09 06:51
推 grimmd59570: 推專業但是沒有全部看懂QQ38F 02/09 06:55
推 ETTom: 那麼早就有科普文 推~39F 02/09 07:01
推 jkkkj123: 推40F 02/09 07:01
推 drea: 本來要寫的卻被你寫完了，好吧，給推41F 02/09 07:02
推 lucien0410: 我物理太差42F 02/09 07:02
推 kushikoi: 先推個43F 02/09 07:03
推 milker: 本來想打文章的   看你也想的跟我差不多就不發了44F 02/09 07:07
推 ericinttu: 樓下你看得懂嘛?45F 02/09 07:07
→ chara117yun: 看不懂 我文組46F 02/09 07:09
推 alan1943: 幹，看不懂啦 給推47F 02/09 07:13
推 NavBlack: 文組嗚嗚48F 02/09 07:14
推 Ayenyen: 推49F 02/09 07:15
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→ stu25936: 幹 結果重點是最後一句XD52F 02/09 07:19
推 amethystboy: 文組:講中文好嗎53F 02/09 07:20
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推 carriechu: 你不要這麼專業好不好55F 02/09 07:20
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推 a1m135246: 柯氏力可不可以從颱風的旋轉方向開始下手?91F 02/09 08:35
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噓 anendfox: 給我濃縮二十字內再講一遍！93F 02/09 08:38
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推 ctes940008: 推98F 02/09 08:50
→ Muscovy: Cow, 這樣寫太難吸收嗎?!! 我想一下.99F 02/09 08:55
→ kagaya: 把自轉拿來說拋棒球應該不回到原地的，其盲點在於忘記
拋棒球之前，棒球在手上也是快速自轉中，並不是靜止100F 02/09 08:56
推 boogieman: 好文快推102F 02/09 08:58
推 cloudin: 筆記筆記103F 02/09 08:58
推 tiuseensii: 柯4力，難道柯P不用負責嗎104F 02/09 08:59
→ kagaya: 科氏力只是微調 不會到幾百公尺那麼多105F 02/09 08:59
推 zenzai: 科班的喔～補充一下，聽說太陽系以每秒200公里的速度繞著銀河系的中心轉～感覺重力真是太奇妙了！106F 02/09 09:01
推 TINBING: 大概能懂到第五頁......108F 02/09 09:01
推 pipida00: 雖然看不太懂但是很有趣給推109F 02/09 09:02
推 MarkAppel: 太難了 XD110F 02/09 09:03
推 photoB1N: 一大早頭好痛111F 02/09 09:04
推 solidmiss: 原來我是笨蛋112F 02/09 09:05
推 zenzai: 想想看：在時速800公里的飛機內向下丟一顆球，它會往後飛嗎？113F 02/09 09:07
推 hihi0123: 專業優文115F 02/09 09:08
推 im510: 趕快笑了不然人家以為我看不懂（咦）116F 02/09 09:09
推 Pictor: 推117F 02/09 09:11
推 neil9830409: 不明覺厲118F 02/09 09:11
推 aborwang: 推...119F 02/09 09:12
推 superww: 推 看的頭好痛120F 02/09 09:14
推 Astronoleo: 推推121F 02/09 09:19
推 VieriKing: 讚！122F 02/09 09:20
推 microtek1990: 推123F 02/09 09:24
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推 newn: 跟我想得差不多，謝謝你幫我打出來125F 02/09 09:26
推 saiulbb: https://www.youtube.com/watch?v=fCvVQPXD0YE126F 02/09 09:29
王力宏 Leehom Wang - 公轉自轉 - YouTube
Music video by Leehom Wang performing Gong Zhuan Zi Zhuan. (P) 1998 Sony Music Entertainment (Taiwan) Ltd.

 
推 cycling: 有人看到米蘭科維奇應該會很賭爛127F 02/09 09:32
推 chockwang: 快推文128F 02/09 09:35
推 cafein: 推129F 02/09 09:36
推 danny1114: 好強推推130F 02/09 09:39
推 summer7983: 打到一半當機，不過跟我想講的差不多131F 02/09 09:47
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推 liang94313: 推133F 02/09 09:48
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推 kaet: 其實就大二力學啊 文字敘述不難 男的是數學135F 02/09 09:53
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推 tomroy: 這科普有點太不普了......159F 02/09 10:59
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推 bob0925: 科普推162F 02/09 11:03
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推 terryporter: 一般人不是都說潮水跑得快 越過地球的另一側所以拖著地球轉得更慢?168F 02/09 11:21
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推 titace: 除了半徑還需考慮非均質分布，這兩者改變與地震有所關聯171F 02/09 11:23
推 lbowlbow: 優質文。這已經不是基礎地科的程度了XD172F 02/09 11:31
推 Caltt: 好複雜173F 02/09 11:33
推 moebius2: 國中地科有教過   文組不懂很奇怪174F 02/09 11:35
推 mmarty: 八卦裡臥虎藏龍啊～175F 02/09 11:35
推 ben1357956: 推專業176F 02/09 11:56
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推 ilovebig99: 可以算一下何時世界末日嗎182F 02/09 12:31
推 upvu0: 看懂60%XD183F 02/09 12:45
推 mjtsai: 你勾起了我國小一年級老師有教過.184F 02/09 12:50
推 mystage: 推進動。上次我打高爾夫也有進洞的現象產生185F 02/09 13:00
推 kkkk666: 高中生很熟悉 剛考完學測 地科進動還沒忘186F 02/09 13:03
推 Stan6003: 比我老師好懂hen多187F 02/09 13:24

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