宇宙中星球的自轉(zhuǎn)軸多不垂直于各自的軌道平面,也多不垂直于各自所依屬的中心天體的赤道延伸面。那么,這些天體的自轉(zhuǎn)軸從它們開始形成到衰亡的整個(gè)演化過程中,是不是一直這樣恒定不變呢?當(dāng)時(shí)不是的。不變,只不過是一個(gè)相對的穩(wěn)定時(shí)期;變化,卻貫穿于它們整個(gè)演化的過程中,甚至在某些時(shí)候,變化還較大。
從自身來說,星球在演化過程中不斷向外拋射物質(zhì),有時(shí)候是劇烈地向外拋射。據(jù)計(jì)算,像M87這樣巨大的星系核,就曾大量地向外噴射物質(zhì)和氣體流。它的噴射竟長達(dá)5000光年,拋出的質(zhì)量相當(dāng)于太陽的幾千萬倍。像銀河系中最年輕的、質(zhì)量很大的O型星,爆發(fā)產(chǎn)生的噴射流速度也達(dá)1700千米/秒,有時(shí)甚至達(dá)到4000千米/秒。這些強(qiáng)大的星際風(fēng)暴造成的結(jié)果,使這些星體每年要損失大約十萬分之一的質(zhì)量。
星體非徑向拋射產(chǎn)生巨大的反沖力矩,再加上物質(zhì)的失衡,就能使星體失去往常的平衡,影響到它們轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心。例如,3CB4星系的中心軸在逐漸改變它原來的位置,并有大量的高能粒子沿著它的中心軸拋射出來。
據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示,在以后不到20億年的時(shí)間里,銀河系有可能與仙女座星系近距離擦肩而過。這兩個(gè)大星系的重力將改變各自的結(jié)構(gòu),處在銀河系邊緣的太陽很可能經(jīng)受不住這樣巨大的牽引力,會(huì)帶著整個(gè)太陽系集體逃逸到仙女座星系。
星系的相互碰撞,不僅使其軌道改變,而且會(huì)調(diào)整各自的結(jié)構(gòu)并改變自轉(zhuǎn)軸。再說,星體本身大量向外拋射物質(zhì),使星體往日的平衡局面被打破,也會(huì)影響它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
據(jù)計(jì)算,太陽如果拋射出十分之幾個(gè)太陽質(zhì)量的非徑向拋射物質(zhì),或者只要達(dá)到它質(zhì)量的千分之一,就有可能改變它的赤道面與軌道面之間的交角。也就是說,太陽的自轉(zhuǎn)軸到一定的時(shí)候也會(huì)發(fā)生改變。
大部分星球自轉(zhuǎn)軸的變動(dòng)和穩(wěn)定都有一個(gè)相對長時(shí)間的周期,但這個(gè)長時(shí)間的穩(wěn)定并不是現(xiàn)代人類一生能夠觀測到的。對于短暫的人類生命來說,這卻是一個(gè)漫長的歲月,無與倫比,望塵莫及。
自地球誕生以來,在這46億年中,無時(shí)不在遭受數(shù)以萬計(jì)的彗星、小行星等天體的撞擊,真可謂“頂風(fēng)冒雨”、“遍體鱗傷”地走到今天,邁向未來。
地球自形成到其表面有了一層固態(tài)外殼后,由于各地的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和物質(zhì)分布的不同及其收縮程度的不同,導(dǎo)致地殼龜裂成若干板塊。這些板塊在相對平穩(wěn)的地質(zhì)時(shí)期以垂直運(yùn)動(dòng)為主,如局部的火山噴發(fā)、地震、山體的上升、地槽的下陷等。到了某些極限時(shí)期,或遇到其他較大天體的撞擊,就以大規(guī)模的水平運(yùn)動(dòng)為主,如大陸板塊的漂移,板塊之間的相撞、俯沖等。比如,在6500萬年前,由于南亞板塊與亞洲板塊的撞擊,使年輕的喜馬拉雅山脈從海洋中慢慢升起。
地球在太陽的牽引下圍繞銀心做以2億年為周期的繞行,整個(gè)銀河系又在銀心的帶領(lǐng)下向仙女座方向飛行。當(dāng)太陽系經(jīng)過銀河系旋臂附近的塵埃帶時(shí),不僅使宇宙塵埃吸收了大量陽光,地球氣溫降低,而且因?yàn)檫@時(shí)太陽系進(jìn)入了宇宙物質(zhì)的密集帶,也使地球遭受到更密集的其他天體的撞擊。
旅途茫茫,這一路并非風(fēng)平浪靜,閑庭信步,而是時(shí)而狹縫匝道,時(shí)而電掣雷鳴,時(shí)而飛沙走石。
不是嗎?蘇聯(lián)科學(xué)家沙弗洛諾夫就曾提出,大約在地球形成1億年的時(shí)候,在地球軌道附近有一顆直徑約1000千米,重達(dá)10 000億噸的小行星,以14千米/秒的速度撞向年輕的地球。幸好那時(shí)候的地球上既無生命也無大氣層,但卻把地球的自轉(zhuǎn)軸撞斜了。
不是經(jīng)過這一次撞擊后就“萬事大吉”了,從現(xiàn)在地球累累的傷痕來看,至少遭受過七次較大的撞擊。
25億年前,太古代晚期,地球形成的早期地殼經(jīng)過撞擊后,再加上自轉(zhuǎn)軸的變動(dòng),龜裂成不規(guī)則的若干塊,幾經(jīng)碰撞形成了陸核泛大陸。如中國河北省遵化縣境內(nèi)發(fā)現(xiàn)的那一時(shí)期陸核相撞而形成的縫合線,以及洋底才有的大片蛇綠巖。
19億年前的元古代中期,地球受到的撞擊造成一次強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)。從華北來看,相撞使早先沉積的5000余米厚的地層發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺,形成了山西的呂梁山脈。在全球其他地方卻陸續(xù)形成了南、北美板塊。
約在10億年前的太古代晚期,撞擊又形成了強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng),在中國形成了華南、西南、閩、浙一帶的華夏大陸,云南的康滇大陸,貴州的黔中古陸等。
到六七億年前,撞擊的劇烈運(yùn)動(dòng)在地球上形成了超級古陸,即岡瓦納古大陸。
而3億年前的撞擊,使岡瓦納超級古陸分裂,北半球的大陸在運(yùn)動(dòng)中又重新聚合在一起,形成了勞亞古陸,而原來岡瓦納超級古陸剩下的部分在南半球形成了超級大陸。長約2400千米的南北走向的烏拉爾山系,也是在這一時(shí)期由歐亞大陸板塊碰撞形成的。
大約在2.6億年前的二疊紀(jì)、三疊紀(jì)之間,有一顆直徑10千米左右的天體撞擊了地球,使地殼又一次發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)。從三疊紀(jì)的古生物化石來看,在此之前,南極洲、澳洲、非洲及南美洲等還是相鄰或是相連在一起的。由于強(qiáng)烈撞擊而導(dǎo)致的地殼運(yùn)動(dòng),使得它們開始分離,而中國的華南、西南板塊也從一片煙波浩渺的汪洋中,開始慢慢升起。25 000萬年前,中國的華南地區(qū)還是一片浩瀚的海洋。后來,地球上90%的海洋生物滅絕,70%的陸地生物滅絕。由于長期以來的火山活動(dòng),熔巖、火山灰掩沒了撞擊時(shí)留下的大坑,而在界線地層散落著的數(shù)以萬計(jì)的微球粒,卻見證了歷史的滄桑。 在6500萬年前的白堊紀(jì),地球又一次走進(jìn)了“飛沙走石”的境地,一場較大的“流星雨”把地球撞擊得百孔千瘡,其中直徑最大的約10千米的天體,撞擊在墨西哥的尤卡坦半島,也有小一些的撞擊發(fā)生在歐洲和中國的貴州等地,結(jié)果使全球發(fā)生了包括西伯利亞在內(nèi)的大規(guī)?;鹕絿姲l(fā)活動(dòng),導(dǎo)致全球發(fā)生滄海桑田的造山運(yùn)動(dòng),大地變遷,同時(shí)也使95%以上的物種滅絕。
地球在自轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)中,它的速度并不是一成不變的。從初始圓球體逐漸變成扁球體的過程中,由于它的形狀軸與自轉(zhuǎn)軸逐漸不重合,當(dāng)它的扁率發(fā)展到一定的極限時(shí),即赤道半徑變長到一定極限時(shí),它的赤道附近就會(huì)發(fā)生劇烈的噴發(fā),大規(guī)模地把地內(nèi)物質(zhì)通過火山口向外拋射。因此,地球上歷來的火山噴發(fā)活動(dòng)和引發(fā)的地震、大海嘯等,大多都發(fā)生在低緯度或板塊邊緣地區(qū),而在高緯度地區(qū)卻很少見。由于它發(fā)生劇烈的噴發(fā),并大規(guī)模地把地內(nèi)物質(zhì)向外拋射,這樣就會(huì)使地球整體的物質(zhì)布局失去往日的平衡,就會(huì)影響它的自轉(zhuǎn)軸。當(dāng)它的自轉(zhuǎn)軸發(fā)生擺動(dòng)時(shí),慣性離心力對地球各部分的作用也相應(yīng)地受到影響,不僅會(huì)影響到它本身的自轉(zhuǎn),而且當(dāng)自轉(zhuǎn)軸發(fā)生特大擺動(dòng)時(shí),更會(huì)使赤道轉(zhuǎn)動(dòng)力矩變短,自轉(zhuǎn)速度就變快。隨著時(shí)間的推移,板塊就由新兩極向新赤道方向擠壓、滑動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就又會(huì)慢慢變長,自轉(zhuǎn)速度也就隨著變慢。
地球自形成以來,總體來說它的自轉(zhuǎn)速度是在變慢的,但又不是一直在變慢,其中有些時(shí)期的自轉(zhuǎn)速度有加快的跡象。比如在2.5億年前,地球的自轉(zhuǎn)速度就有加快的跡象。
在過去的任何一個(gè)地質(zhì)時(shí)期內(nèi),地球自轉(zhuǎn)軸的擺動(dòng)以及類似的變化,哪怕是很微小的變化,都會(huì)影響到地球的方方面面,甚至使兩極和赤道位置發(fā)生相應(yīng)的變化,不僅影響到自轉(zhuǎn)速度,而且還使地球出現(xiàn)了“四極廢、九州裂”的滿目瘡痍的景象。
天體撞擊濺起的塵埃以及火山噴發(fā)的大量物質(zhì),在地球自轉(zhuǎn)速度加快的作用下,一度從兩極上空慢慢聚向地球新的赤道上空,形成了一個(gè)隱隱約約的環(huán)帶。它吸收并遮擋住一部分太陽光,并在之后的一段時(shí)期內(nèi)使全球氣溫大大下降,并使地球南北半球同時(shí)進(jìn)入冰河時(shí)期。隨著地球自轉(zhuǎn)慣性旋轉(zhuǎn)力的作用以及潮汐作用的阻尼,另一方面受到赤道半徑的慢慢加長,它自轉(zhuǎn)的速度就又慢慢地趨向緩慢,在其赤道上空飄浮的物質(zhì),一部分落回地球,一部分受其他天體引力的作用逃離了地球引力,飛向太空,使地球一度出現(xiàn)了“玉宇澄清萬里?!钡沫h(huán)境。
宇宙萬物形形色色、五彩繽紛,應(yīng)有盡有。這些形形色色的天外來客,當(dāng)它們快速進(jìn)入地球大氣層,尤其是穿越臭氧層時(shí),會(huì)發(fā)生猛烈的燃燒和爆炸,不僅是拖著一條長長的尾巴撞向地球,更主要的是,它們會(huì)在一瞬間,有的產(chǎn)生沖擊波,有的產(chǎn)生光輻射,還有的能迅速合成各種有毒的氣體,如硫化氫、硫化銀以及氯氨合成的氰等。這些有毒氣體散發(fā)著刺鼻的臭味,使大批動(dòng)植物尤其是較大的動(dòng)物迅速脫氧中毒,嘔吐、暈倒。如恐龍,有的甚至連嘴里的一口食都物未能咽下就成批成批地倒下。即使當(dāng)時(shí)有些還未死去,大批被毒氣感染的食物也會(huì)使它們性命難保?;蛘?,斷缺的食物鏈也會(huì)使這些殘存下來的動(dòng)物大量滅絕。同時(shí),這些火山噴發(fā)及天體撞擊產(chǎn)生的有毒物質(zhì),也影響到了海水,使得海洋里的生物也遭到滅頂之災(zāi)。
因?yàn)榈厍虻拇艠O與地球的旋轉(zhuǎn)軸不會(huì)離得很遠(yuǎn),當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)軸發(fā)生變化時(shí),地磁極也容易發(fā)生倒轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)卮艌霭l(fā)生變化時(shí),再加上天體猛烈的轟擊及火山噴發(fā)物質(zhì)的撞擊,使臭氧層出現(xiàn)一片一片的“漏洞”,各種宇宙射線會(huì)直撲地球。這方方面面的因素綜合在一起,一方面使地球溫度迅速升高,另一方面使大氣中的氫、氧分子很快就分解成氫、氧離子,再遭到這些能量的轟擊又結(jié)合成水分子。這樣一來,又使地球周圍陰云密布,大雨連年,導(dǎo)致地球的南北半球同時(shí)進(jìn)入冰河時(shí)期。
當(dāng)爆炸的毒氣導(dǎo)致大批生物滅絕時(shí),天體撞擊產(chǎn)生的塵埃和大批火山灰迅速掩埋了這些動(dòng)植物的尸體。緊接而來的地殼運(yùn)動(dòng),滄海桑田的大地變遷,又將相當(dāng)一部分動(dòng)植物的尸體深深地埋進(jìn)了地下,形成了今天的各種化石。
而后,或者天外帶來的銥,或者從地球深處噴發(fā)出來的銥,就慢慢落到地面。在地球的土壤中,一段時(shí)期時(shí)銥的成分就多起來。
這時(shí)候,幸存下來的生物,由于惡劣的環(huán)境條件,迫使它們迅速改變自己,不斷地改變著自身的結(jié)構(gòu)和體內(nèi)的基因,不斷地演變著自己,以便在新的環(huán)境中生存,或者產(chǎn)生新的物種。
因此,地球上大規(guī)模的造山運(yùn)動(dòng),地球磁場的倒轉(zhuǎn),地球自轉(zhuǎn)速度的變化,地球上生物的興衰,以及冰河時(shí)期的反復(fù)及地球板塊水平運(yùn)動(dòng)的機(jī)理,都是地球自轉(zhuǎn)軸的變動(dòng)引起的。
較大天體的撞擊或者較大的地震等地殼運(yùn)動(dòng),都能直接影響到地球的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)。例如,2004年12月26日發(fā)生在蘇門答臘島東南250千米海底的9級大地震,不僅引起了海嘯,導(dǎo)致沿岸近30萬人傷亡,其釋放的巨大能量還使地球的軸線發(fā)生了震動(dòng),同時(shí)還把該島從西北端向西南方向移動(dòng)了二三十米。
由于地球本身的噴發(fā)和其他天體的撞擊,地球的自轉(zhuǎn)軸就不可能永遠(yuǎn)地垂直于它的黃道面。目前,地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜角度是23°27',在過去地質(zhì)史或未來的運(yùn)動(dòng)中(不是在我們?nèi)祟惖挠猩晁芸吹降模┒紩?huì)發(fā)生變化,有時(shí)甚至?xí)_(dá)到54°,從而使得原來的赤道變成最冷的地方,在地球的兩極又可能在夏季達(dá)到30℃左右的高溫。在其附近,如遼寧的遼陽、寧夏的靈武、新疆的準(zhǔn)噶爾盆地,以及哈薩克海以東的廣大沙漠地區(qū),還有南極大陸以及北極圈內(nèi)的一些地帶,都曾生活著恐龍,它們沐浴在陽光下,繁衍生息。而且,當(dāng)時(shí)在環(huán)繞古赤道附近的熱帶雨林地帶形成的大批豐富的煤層,卻又在今天的較高緯度地區(qū)頻頻出現(xiàn)。
1.8億年前的印度孟買還在南緯46°,到了今天,它已經(jīng)在北緯18°的位置上,難道真的是它向北漂移了7000余千米,還越過了今天的赤道?當(dāng)然不是。由于地球自轉(zhuǎn)軸和與之相對應(yīng)的赤道位置的改變,它只是從古赤道的南緯移動(dòng)到現(xiàn)赤道的北緯罷了。凡是地球自轉(zhuǎn)軸發(fā)生變動(dòng)的時(shí)候,正是地殼運(yùn)動(dòng)最劇烈的時(shí)候,并且是氣溫升高的時(shí)候,也是生物大滅絕發(fā)生的時(shí)候,同時(shí)又是地球自轉(zhuǎn)速度加快的時(shí)候。
凡是地球自轉(zhuǎn)軸趨向穩(wěn)定的時(shí)候,大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)就趨向相對穩(wěn)定,大規(guī)模的造山運(yùn)動(dòng)就慢慢過去,卻面臨著冰河時(shí)期的到來,但同時(shí)又是生物界新物種產(chǎn)生的時(shí)候,也是地球自轉(zhuǎn)速度變慢的時(shí)候。因此,地球生命的發(fā)展史,物種的滅絕、產(chǎn)生與進(jìn)化是隨著地球自轉(zhuǎn)軸變更的周期而周而復(fù)始地變化的。
總之,地球轉(zhuǎn)速周期性的快慢,地球磁場的變化,地球氣候的變遷,冰河周期的往復(fù)以及劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)、地震帶、火山鏈及其洋底、海平面直至生物的大量滅絕,這一系列的變動(dòng)都與地球自轉(zhuǎn)軸的變化息息相關(guān),它們有著明顯的因果關(guān)系。這一系列現(xiàn)象的出現(xiàn),難道都是偶然的巧合嗎?當(dāng)然不是。根據(jù)以上的資料及其古地磁、古生物和冰磧物等方面的分析,地球上這一系列的變化,都是相輔相成的,都是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)軸的變化而引起的。
所以,無論在廣袤的宇宙空間,還是在太陽系中,無論是從哪個(gè)星球的一系列運(yùn)動(dòng)來看,星球的自轉(zhuǎn)軸并不是恒定不動(dòng)的,而是在不斷的變化之中。靜只是相對的、暫時(shí)的狀況。動(dòng)久必靜,靜久必動(dòng),這是相輔相成的。自轉(zhuǎn)軸的變化是自然的,也是必然的。