地球的旋转方向是什么？这完全取决于你如何看待地球的旋转运动

（自然科学，剑桥）

这完全取决于你如何看地球的旋转运动。^[1] 首先，地球自西向东旋转，所以位于地球上的我们才能看到太阳从东方升起，然后随着地球向东旋转我们会看到太阳慢慢西沉，直到看不到它的踪影。但是如果你从北极上方的太空中观察地球，就会发现地球是按逆时针方向旋转的。

天文学家对此有相当细致深入的研究，将地球的旋转运动称为“顺行”，即与其他天体同向旋转，如果旋转方向与其他天体相反则称之为“逆行”。地球绕轴顺行自转，自转方向与绕日公转方向相同，看上去就像是一个球在太空中不断翻滚着前进一样。实际上，太阳系大部分行星的运动方式均与地球一样，只有金星和天王星例外，这两个星球的运动方向是缓慢倒退。

令人略感惊异的是，太阳系大部分行星除了自转是顺行之外，包括金星和天王星在内所有的行星公转也全都是顺行，即它们绕日公转的方向全都和太阳的旋转方向相同。实际上，太阳系里几乎所有星球全都是这样的旋转轨迹，就连卫星围绕行星运动的方向也是这样。天文学家还观察到围绕其他恒星运动的行星系，虽然有少数例外，但大部分行星的运动方向都和恒星的运动方向保持一致。这样看来，虽然总有那么几个特立独行的反叛者，顺行运动似乎仍是宇宙的主流。^[2]

几个世纪以来，天文学家早就知道太阳系中这种顺行运动是广泛存在的。为了解释这一现象，康德和拉普拉斯等思想家于18世纪末提出过星云假说，力图证明太阳系的形成过程。关于太阳系起源的理论为数众多，但星云假说一直都是最广为人们所接受的一种。

根据星云假说，太阳系起源于巨大的气体云，也称为“星云”；后来因为与其他星云发生碰撞或附近有颗恒星发生爆炸，太阳系星云在自身的引力作用下发生向内塌陷，其收缩导致物质获取到“角动量”。

角动量是空间运动一个非常重要的特点。实际上，正是在它的作用下，宇宙间万物才会像是一个巨大的发条玩具，处于永恒的旋转运动中。所有运动中的物体均有动量，即该物体在其运动方向上保持运动的自然趋势。而角动量则是使物体绕圈的动能，因为有额外的力使物体不断偏离原来的运行方向。在太空中，这种额外的力主要是引力。只要存在引力和运动，引力就能将运动化为角动量。鉴于引力和运动是普遍存在的，因此角动量和绕圈运动也普遍存在。角动量导致银河系和其他星系转动，导致太阳系旋转，导致行星和卫星公转，同时也导致地球不停地转动。

关于角动量这一概念需要时刻牢记的一点是，它和线动量一样都不会凭空消失，总能做到能量守恒。根据星云假说理论，星云最初哪怕只有非常轻微的转动，这一动量也会在星云塌陷时被无限放大。因为角动量被塞进越来越小的空间，所以转动就会变得越来越快。^[3] 关于角动量守恒定律有个非常著名的类比，即将其与花样滑冰中的旋转动作相比。滑冰者抱紧双臂的时候，动量得以集中，她的旋转速度也相应加快。太阳系在诞生之初也是这样的。

根据星云假说理论，原本方圆一光年的星云会缩小至太阳系大小，巨大的动量被压缩进一个狭小的空间，而星云的坍塌就像是为这个巨大的发条玩具上紧了发条。随着原先的星球塌陷，其物质不断收缩并被抛成一片扁平、旋转的薄饼。接着，引力作用将这一碟片中的物质拉到一起，形成不同的行星。在巨大的原始星云全部动量的推动下，这些行星会像陀螺一样旋转起来。

研究表明，最初产生的动量足以推动地球以现有速度继续旋转很长一段时间。除了巨大的星云动量之外还存在一些较小的摩擦力，一般称之为潮汐力，主要是由地球、月亮、太阳之间引力的相互作用所引起的，起着制动作用，但它们所造成的影响微不足道，每隔一个世纪仅能导致地球每天的旋转速度降低2.3毫秒。此外，大气中的气象系统也会影响行星的转动速度，比如地震就能通过改变地球质量的分布加快或减慢其转动速度。2011年发生在日本的大地震使地球的质量集中到赤道地区，从而加快了地球的自转速度，导致每天时间减少了1.8毫秒。

我此前谈论地球旋转速度的时候前提条件是假设地球上不同地区的转动速度全都相同，但实情并非如此。如果你站在南北两个极点位置，转一圈需要一整天的时间，而你实际上并未移动一寸位置。如果站在赤道上，你则会以每小时1，667公里的速度随地球一起转动，这已经超过声速了。所以人类通常都会选择从热带地区发射宇宙飞船，因为这样可以获得更高的发射速度。

就算是进入地球内部，实际的旋转速度也不尽相同。这是因为地心有液体圈，还存在磁场。地核磁性物质的旋转产生磁场，磁场又对地核内的金属产生影响，将内核推向东，将外核液体圈推向西，从而使内核的转动速度超过其他部分，使外核液体圈相对地球其他部分向西转动。

关于地球的转动方向已经谈了不少内容，接下来我还可以说一下地球的转动方式。通过太阳和行星的几何位置我们知道地轴并非垂直于黄道平面（地球绕太阳公转的轨道平面），二者之间存在一个角度，地轴的平均倾斜度为23.4度。该倾斜度是地球上一年内有春夏秋冬四个季节的原因，因为在地球绕太阳公转一圈的过程中，太阳光直射在地球的不同地方。

事实上，地球的转动方式也在不断发生变化，以42，000年为一个循环，地轴倾斜度在22.1度至24.5度之间波动。此外，地球自转轴的方向也有缓慢的漂移，追踪其摇摆的顶端，画出一个完整的圆圈需要大约26，000多年，其运动轨迹会形成一个圆锥体，这种运动也被称为“岁差”。由于月球绕地球旋转的轨道与地球绕太阳旋转的轨道之间并非完美重合而是存在约5度的倾斜，引力的相互作用导致地球在公转轨道上发生左右摇摆，以18至19年为一个摇摆周期，这种现象被称为“章动”。塞尔维亚数学家米卢廷·米兰科维奇（Milutin Milankovitch）认为这些变量都有可能导致太阳辐射的变化以及气候的变化。现在人们将这种地球气候变动的集合影响称为“米兰科维奇循环”。

1978年上映的《超人》电影中，超人成功逆转了地球的自转方向，让时间倒流，拯救了路易丝·莲恩的生命。或许未来真的会有这么一天出现某种神秘力量干预从而改变地球的旋转方向，但是在这一天到来之前，我们只知道太阳每天都会东升西沉，周而复始，永远如此。

【注释】

[1]你完全可以回答地球是朝我这个方向旋转的——因为所有运动均取决于参照系。地球在不停旋转最明显的表现就是太阳和星宿每天在天空中的运行轨迹，还有太阳照射在地面上形成的阴影变化。因为我们在地球上几乎感觉不到地球在运动，所以历史上有很长一段时间大多数人都认为运动的是太阳和星星，而地球则永远保持静止不动。时至今日，人们还是经常会忘记是地球在运动。每当看到夕阳西下，我们总是会忘记运动的不是太阳，而是地球和看落日的你。
希腊有些非常聪明的天文学家早在两千多年前就已经猜到地球在转动，阿里斯塔克斯就是其中的一位。但是因为可以证明地球旋转的线索非常隐秘很难察觉，所以直到16世纪波兰天文学家哥白尼将“地球围绕太阳转”这一观点介绍到欧洲的时候人们才开始注意到这些线索。即便如此，一个世纪以后，伽利略仍就地球运动问题与天主教会发生了激烈的冲突，最终被罗马宗教裁判所判处终身监禁。当然，生活在四百年后的今天，我们大可以尽情嘲笑奚落当时迫害伽利略的那些教会长老们，但实际上伽利略当时用来证明地球运动的证据除了哥白尼对行星在天空中旋转运行的轨道的天才（且正确）阐释之外，也只是增加了自己通过望远镜观察到金星和月亮一样有盈亏与大小变化这一点而已。在伽利略之后，牛顿等人也曾尝试通过物体垂直下降所产生的偏斜度来检测地球的运动，但都没能取得什么突破性的进展。后来法国物理学家莱昂·傅科（Léon Foucault）于1851年用单摆装置终于成功证明地球确实是在不断转动的。该装置后来被命名为傅科摆，是一个可在任意垂直平面上振荡的巨大单摆，摆动方向会根据地球的转动而在一天内发生不同的变化。当然，我们今天可以从遥远的太空远距离观察到地球的自转运动。

[2]实际上，处于永恒运动中的不仅仅是行星，恒星和星系也全都在不停地旋转。美国密歇根大学研究人员迈克尔·隆戈（Michael Longo）研究了银河系靠近北极天空中15，000多个螺旋星系的旋转方向，结果发现绝大多数星系都是逆时针旋转的。隆戈据此认定，如果大部分星系均为逆时针旋转，那么宇宙间一定存在某种逆时针的角动量。鉴于动量必有来处，这意味着宇宙自诞生之日就一直在旋转。

[3]中子星的引力坍缩更加夸张，因为角动量高度集中，这些小星星的自转速度有时可高达每秒钟642次！