Re: [問卦] 地球自轉

[Muscovy (三分熟的鬧鐘)]

※ 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
        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
推 parrot11: 推地科系
推 yenam: 先推假裝聽得懂
推 ridecule: 推推推 先推再看
推 kinomon: 推科普
推 boriszz: 先推假裝看得懂
→ kinomon: 高中生表示：2萬6 4萬1 10萬
推 cubegaga: 垂直上拋 沒風吹的話不會偏移吧
→ cubegaga: 應該是有跨緯度的移動距離才要考慮到科氏力影響吧
推 sun123456tw: 睡覺
→ Muscovy: 奇怪我怎麼一直把力矩寫成力距咧... O_O
推 rjanujjko: 推 看懂60%
→ Muscovy: 柯氏力其實是三維的哦, 往空中拋的也有, 只是很少討論.
推 Electricfish: 推專業解析
推 DarkIllusion: 感覺很專業
推 Benbenyale: 進動阿 還蠻重要的觀念
推 IsaacNewton: 講這麼難 誰看得懂啊
推 celestine412: 你是睡醒還是剛要睡啊 推認真
推 cubegaga: google了一下 大概知道了 不過也要上拋距離很大才有明
→ cubegaga: 顯的影響吧
推 pikakami: 推地科系
推 jc897827: 嗯嗯 跟我想的一樣呢
推 B05504021: 所以其實潮汐鎖定後 系統能量分佈較均勻 4這樣咪？
推 a94037501: 太陽跟月球不在同一個平面嗎
推 phoenix0710: 我智商好低
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
→ a94037501: 會章動?
推 Dinenger: 跟我想得差不多
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推 jim47085: 推 知識文
推 SRNOB: 嗚嗚嗚  我物理好爛
推 NotLuo: 先推了
推 look: 一早就專業什麼啦
推 caffpetiy: 那是什麼造成地球自轉軸的變動？
推 ghaz: 推 每個字我都看得懂
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
→ uc500: 想起來好懷念 念物理的是不是都這樣啊XD
推 grimmd59570: 推專業但是沒有全部看懂QQ
推 ETTom: 那麼早就有科普文 推~
推 jkkkj123: 推
推 drea: 本來要寫的卻被你寫完了，好吧，給推
推 lucien0410: 我物理太差
推 kushikoi: 先推個
推 milker: 本來想打文章的   看你也想的跟我差不多就不發了
推 ericinttu: 樓下你看得懂嘛?
→ chara117yun: 看不懂 我文組
推 alan1943: 幹，看不懂啦 給推
推 NavBlack: 文組嗚嗚
推 Ayenyen: 推
推 samson5441: 專業文
推 z4525881: 推科普
→ stu25936: 幹 結果重點是最後一句XD
推 amethystboy: 文組:講中文好嗎
推 jc19930401: 專業推
推 carriechu: 你不要這麼專業好不好
推 maxint: 專業推
推 fake0824: 推
推 zch1206: 推
推 hsien1105: 沒看完 一樣值得一推
→ winiS: 義大利?
推 PeterSu1983: 我如果看不懂還有資格上八卦發文嗎？
推 davian0118: 太多了 幫忙畫一下必考部分
推 diablo5566: 認真讀給推
推 tin123210: 這個厲害，但是我看不懂
推 cheaptool: 趕快推
推 jaylong: 怕別人以為我看不懂,跟著推
推 ryankofish: 感謝解說
推 jgpkhgadk: 看不下去推完就懂了
推 sank: 看不太懂qq
推 xji4m3: 這個厲害 但我看不懂XD
推 qoouow: 看不懂推
推 layzer: 嗯嗯跟我想得差不多
推 adriano7431: 三類只看懂70%，有文組版本嗎？
推 Ofianse: 原來高中力矩就是為了大學的天文啊，高中物理OK這篇計算
→ Ofianse: 不難啊
推 weu0713: 厲害 看不懂
推 spirit119: 噓 章動 中國用語
推 lp2650056: 有看懂不過懵懵懂懂，幹虧我理組
推 etvalen: 不是很懂不過推認真
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推 tsaiyii309: 有人幫忙畫重點出來嗎？
推 four5: 飽了
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推 qazxsw0125: 原來如此，這篇非常淺顯易懂
推 ac9560406: 推 免得被發現我文組
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推 bill0205: 不難懂 推
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推 wasd5020: 我文組 我看懂了 你們呢
推 aaaa714714: 專業推
推 a1m135246: 柯氏力可不可以從颱風的旋轉方向開始下手?
推 jiejar: 推科普
噓 anendfox: 給我濃縮二十字內再講一遍！
推 donatello: 專業推
推 silencemars: 沒科普
推 max8568:
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推 ctes940008: 推
→ Muscovy: Cow, 這樣寫太難吸收嗎?!! 我想一下.
→ 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
→ kagaya: 拋棒球之前，棒球在手上也是快速自轉中，並不是靜止
推 boogieman: 好文快推
推 cloudin: 筆記筆記
推 tiuseensii: 柯4力，難道柯P不用負責嗎
→ kagaya: 科氏力只是微調 不會到幾百公尺那麼多
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
→ zenzai: 銀河系的中心轉～感覺重力真是太奇妙了！
推 TINBING: 大概能懂到第五頁......
推 pipida00: 雖然看不太懂但是很有趣給推
推 MarkAppel: 太難了 XD
推 photoB1N: 一大早頭好痛
推 solidmiss: 原來我是笨蛋
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
→ zenzai: 嗎？
推 hihi0123: 專業優文
推 im510: 趕快笑了不然人家以為我看不懂（咦）
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推 neil9830409: 不明覺厲
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推 superww: 推 看的頭好痛
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推 VieriKing: 讚！
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推 senma: 公三小
推 newn: 跟我想得差不多，謝謝你幫我打出來
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推 cycling: 有人看到米蘭科維奇應該會很賭爛
推 chockwang: 快推文
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推 summer7983: 打到一半當機，不過跟我想講的差不多
推 guanhualee3: 我聽得懂一點
推 liang94313: 推
推 a24373314: 一大早上殺小課 幹
推 kaet: 其實就大二力學啊 文字敘述不難 男的是數學
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→ watchmeisyou: 這麼簡單的東西還要你解釋喔
推 mynewid: 嗯嗯
推 TitanEric: U文推
推 Ruddy1653: 先推免得人家以為我不懂
推 DKPCOFGS: 我正要發就被你搶先了
推 soarling: 嗯嗯 跟我想的…先推
推 ericeric91: 有點硬
推 cms6384: 飯吃不下了啦
推 ablabla: 推推推
推 pleiades2225: 推：)
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→ JameC: 所以重點是？
推 rtg3366587: 太多先推
→ whoisanky: 先推 看不懂
推 Junneo: 嗯嗯，跟我想的一樣
推 s8101026: 科普推
推 wow123475: 推專業文
推 Lezone: Precession(100年)Nutation(41年)Wobble(12年)各有大誤差
→ Lezone: 這是15年前閱讀文章所學,重點是人怎麼在大誤差下好好活著
推 WindSucker: 恩恩
推 tw88: 欸欸欸 有趣耶 有沒有固定放文章的網頁能拜讀啊
推 vans2005: 中肯推…（搔頭
推 tomroy: 這科普有點太不普了......
推 st2k8: 民進動? 叭叭~~地震是綠營的陰謀
推 cmax: 嗯嗯淺顯易懂
推 bob0925: 科普推
推 vvrr: 鄉民跳舞也有貢獻 XDDD
推 shacullen: 推！
推 Eric89123: 推啦
推 as891339: 推
推 nija963852: 我文組 幫QQ
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
→ terryporter: 著地球轉得更慢?
推 mazmaitag56: 這太硬了，吃不下
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
推 lbowlbow: 優質文。這已經不是基礎地科的程度了XD
推 Caltt: 好複雜
推 moebius2: 國中地科有教過   文組不懂很奇怪
推 mmarty: 八卦裡臥虎藏龍啊～
推 ben1357956: 推專業
推 octangus07: 專業推
推 kshtainan:
推 maxwellbkwt: 推
推 ken890126: 米蘭柯維奇
推 Cybermark: 容許我稱呼你為 底思摳巴力
推 ilovebig99: 可以算一下何時世界末日嗎
推 upvu0: 看懂60%XD
推 mjtsai: 你勾起了我國小一年級老師有教過.
推 mystage: 推進動。上次我打高爾夫也有進洞的現象產生
推 kkkk666: 高中生很熟悉 剛考完學測 地科進動還沒忘
推 Stan6003: 比我老師好懂hen多
推 HYDE1986: 推 跟我想得一樣呢
推 Chen98: 推
推 bobsonlin: 推！！！
推 Nesoi: 原來不4只有我看不懂
推 y30048: 螢光筆要劃哪？
推 exile4sih: 等一下 講那麼多，結果你說你不知道XDDD
推 bbo6uis122: 推
推 Lydia66: 哈哈有人連角動量都不知道哈哈
推 Tamama56: 專業推
推 ai030821: 我也是這樣想
推 jodawa: 專業到看不懂推
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推 abb123456: 科普
推 gipo776: 推
推 curlhair10: 科普推
推 HuangJS: mm that's what I think
推 GentIe: 有下有推
推 jyrpg: 完全不知道在講什麼推