自轉
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中文名: 自轉 外文名: Rotation 類 型: 自行旋轉的運動 發 現: 傅科擺實驗 領 域: 天文學 自轉方向: 大多數自西向東 自轉中心: 通過天體的質心 |
自轉，外文名：Rotation，是指物體自行旋轉的運動，物體會沿着一條穿越物體本身的軸進行旋轉，這條軸被稱為「自轉軸」。一般而言，自轉軸都會穿越天體的質心。凡衛星、行星、恆星、星系都繞着自己的軸心轉動﹐地球自轉是地球沿着一根通過地心的軸（自轉軸，也叫地軸）做的圓周運動。謂之自轉。[1]
目錄
簡介
自轉是指物體自行旋轉的運動，物體會沿着一條穿越物體本身的軸進行旋轉，這條軸被稱為「自轉軸」。一般而言，自轉軸都會穿越天體的質心。凡衛星、行星、恆星、星系繞着自己的軸心轉動﹐謂之自轉。地球自轉一周的時間是23小時56分4秒;月亮自轉一周的時間跟它繞地球公轉一周的時間相同﹐都是27天7小時43分11.5秒。地球自轉軸與黃道面成66.34度夾角。沿着自轉軸轉動的球體
地球同太陽系其他八大行星一樣，在繞太陽公轉的同時。圍繞着一根假想的自轉軸在不停地轉動，這就是地球的自轉。
幾百年前，人們就提出了很多證明地球自轉的方法，著名的「傅科擺」使我們真正看到了地球的自轉，但是，地球為什麼會繞軸自轉？為什麼會繞太陽公轉呢？這是一個多年來一直令科學家十分感興趣的問題，粗略看來，旋轉是宇宙間諸天體一種基本的運動形式，但要真正回答這個問題，還必須首先搞清楚地球和太陽系是怎麼形成的。地球自轉和公轉的產生與太陽系的形成密切相關。
現代天文學理論認為，太陽系是由所謂的原始星雲形成的，原始星雲是一大片十分稀薄的氣體雲，50億年前受某種擾動影響，在引力的作用下向中心收縮。經過漫長時期的演化，中心部分物質的密度越來越大，溫度也越來越高，終於達到可以引發熱核反應的程度，而演變成了太陽。在太陽周圍的殘餘氣體則逐漸形成一個旋轉的盤狀氣體層，經過收縮、碰撞、捕獲、積聚等過程，在氣體層中逐步聚集成固體顆粒、微行星、原始行星，最後形成一個個獨立的大行星和小行星等太陽系天體。
原理
我們知道，要測量一個直線運動的物體運動快慢，可以用速度來表示，那麼物體的旋轉狀況又用什麼來衡量呢？一種辦法就是用「角動量」。對於一個繞定點轉動的物體而言，它的角動量等於質量乘以速度，再乘以該物體與定點的距離。物理學上有一條很重要的角動量守恆定律，它是說，一個轉動物體。如果不受外力矩作用，它的角動量就不會因物體形狀的變化而變化。例如一個芭蕾舞演員，當他在旋轉過程中突然把手臂收起來的時候（質心與定點的距離變小），他的旋轉速度就會加快，因為只有這樣才能保證角動量不變。這一定律在地球自轉速度的產生中起着重要作用。
形成太陽系的原始星雲原來就帶有角動量，在形成太陽和行星系統之後，它的角動量不會損失，但必然發生重新分布，各個星體在漫長的積聚物質的過程中分別從原始星雲中得到了一定的角動量。由於角動量守恆，各行星在收縮過程中轉速也將越來越快。地球也不例外，它所獲得的角動量主要分配在地球繞太陽的公轉，地月系統的相互繞轉和地球的自轉中，這就是地球自轉的由來，但要真正分析地球和其他各大行星的公轉運動和自轉運動還需要科學家們做大量的研究工作。
這就是說，在地球的形成過程中，運動——尤其指旋轉，自始至終伴隨着地球的形成過程而不是地球形成之後再在某種原因下開始自轉或公轉的。
太陽系的幾乎所有天體包括小行星都自轉，而且是按照右手定則的規律自轉，所有或者說絕大多數天體的公轉也都是右手定則。為什麼呢？太陽系的前身是一團密雲，受某種力量驅使，使它彼此相吸，這個吸積過程，使密度稀的逐漸變大，這就加速吸積過程。原始太陽星雲中的質點最初處在混沌狀，橫衝直闖，逐漸把無序狀態變成有序狀態，一方面，向心吸積聚變為太陽，另外，就使得這團氣體逐漸向扁平狀發展，發展的過程中，勢能變成動能，最終整個轉起來了。開始轉時，有這麼轉的，有那麼轉的，在某一個方向占上風之後，都變成了一個方向，這個方向就是現在發現的右手定則，也許有其他太陽系是左手定則，但在我們這個太陽系是右手定則。地球自轉的能量來源就是由物質勢能最後變成動能所致，最終是地球一方面公轉，一方面自轉。
月球運動規律
簡介
月球公轉時在離心力的作用下重心外偏，但在地球的引力作用下重心又向內偏。月球就在這兩種力的作用下完成繞自己的軸心自轉的。月球實際上是繞自己的軸相對地球旋轉。因此無論是用地球作參照物還是用恆星作參照物，月球都是相對地球自轉的。
月球的自轉，傳統的解釋是月球是通過公轉完成自轉的。這樣給人們造成了一種誤會，就是很有名氣的學者也誤以為月球「相對地心不轉」，也就是誤以為月球是繞地軸完成「自轉」的。
原理
先找一張較大的白紙並在上面畫一平分十二等分（標有刻度）的大圓圈表示月球軌道，軌道中心用紅筆標出一紅點（圓心），然後找一個較大的象棋並在棋頂上用紅筆沿圓心畫一直線（直徑），並在象棋柱面上用紅筆畫一紅點（表示月球的朝向地球的一面的中心點），放到紙面上的月球軌道上的任一刻度上。
實驗開始，先將棋頂上的直線兩端指向南北（或東西）兩個方向，使象棋柱面上的紅點與軌道圓心、象棋圓心置在一直線上。然後在保持棋頂直線始終指向南北（或東西）方向的前提下把象棋在軌道上逆時針平移到下一刻度上。這時我們會發現棋柱上的紅點與軌道圓心、棋頂圓心不在同一直線上了，也就是在「公轉」時重心偏離了。我們把象棋繞圓心逆時針旋轉一個角色，使其柱面上的紅點重新與軌道圓心、棋頂圓心成一直線。然後又保持棋頂上的直線的這一指向逆時針平移到第二個刻度上，以此類推。我們發現，象棋每移到下一刻度都出現柱面紅點偏離軌道圓心（公轉成偏），經調整後重新回到三點一線狀態（自轉糾偏）。
上述實驗表明，兩天體在繞中心旋轉時，它們的公轉都引起重心偏離現象，而這種現象是通過自轉來糾正的。至於自轉的動力，應該說就是重力（對月球而言，也就是地球的吸引力，潮汐作用也可認為是一種重力作用），這可能是因為天體內部物質的空間分布不均勻引起。
這裡必須強調，解開月球自轉的奧秘並不是從天文知識中得到啟發而產生，恰恰相反，這是從「機械設計」原理中的平面構件的活動度的計算方法中得到啟發而想到的。
方式
月球是繞自己的軸心完成自轉的。
1、地球和月球都是繞各自的軸心旋轉的天體，此時月球的活動度大於零，月球能繞自己的軸心旋轉。
2、假定在「地球」是套上一個能相對地心旋轉的套筒，再用一根長杆把月球與套筒聯焊在一起。此時月球的活動度等於零，但能隨套筒 的轉動繞地球公轉（也就是人們認為的相對恆星的自轉）。
3、假定用長杆把月球與地球直接聯焊在一起。此時月球繞自己的軸心轉動的活動度等於零，不能繞自軸自轉，也不能相對地球公轉，只 能隨地球定位「公轉」。
月球繞地軸旋轉的情況雖不同，但都不能自轉，看起來都是一面朝地球。從邏輯學的角度來考慮，把這種「旋轉」說成月球在空間自轉是不正確的。這兩種情況下月球無論是相對地球還是相對恆星都不自轉。對於相對旋轉的兩天體而言，它們彼此都是繞各自的軸心旋轉的，是公平的。並沒有一個繞另一個的軸心（公轉）來實現自轉之說。
所以，只能用第1種情況來說明月球是繞自己的軸心旋轉的。無論是相對地球，還是相對太陽，月亮都在繞自己的軸心施轉。只因它的公 轉偏心與自轉糾偏相抵消，導致不易被人們所察覺。
周期
月球自轉周期
月球在繞地球公轉的同時進行自轉，周期27.32166日，正好是一個恆星月，所以看不見月球背面。這種現象稱「同步自轉」，幾乎是衛星世界的普遍規律。一般認為是行星對衛星長期潮汐作用的結果。天平動是一個很奇妙的現象，它使得我們得以看到59%的月面。
主要有以下原因：
1、在橢圓軌道的不同部分，自轉速度與公轉角速度不匹配。
2、白道與赤道的交角。
地球的自轉
地球自轉：地球繞自轉軸自西向東的轉動，從北極點上空看呈逆時針旋轉，從南極點上空看呈順時針旋轉。地球自轉軸與黃道面成66.34 度夾角，與赤道面垂直。地球自轉是地球的一種重要運動形式，自轉的平均角速度為 4.167×10-3度/秒，在地球赤道上的自轉線速度為465米/秒。地球自轉一周耗時23小時56分，約每隔10年自轉周期會增加或者減少千分之三至千分之四秒。