地球為什麼公轉？

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地球為什麼會公轉，我的意思是公轉的初速度是誰給的，上帝無聊的時候踢了一腳嘛？原諒我高中物理學的不好…………………我真不知道

類似的問題在知乎已經出現過很多次了，但是仍然沒有一個完整的回答。其實這個問題和其他很多問題都是相關的，比如

行星為什麼公轉方向都是一樣的？
行星為什麼都在一個平面（近似）上公轉？
行星為什麼會自轉？
行星自轉方向為什麼大多和公轉方向相同？
為什麼大多數星系是扁平的，而少數的橢球形的？

下面我來回答以上所有的問題。

圖片來自Perspective View of Outer Planet Orbits to Scale

太陽系形成於一個塵埃和氣體（為簡短計，下面只提塵埃）組成的星雲。在引力作用下，這個星雲向內收縮，最後形成了太陽，行星和其他更小的天體（如小行星和彗星）。星雲在宇宙中普遍存在，但是並不是所有星雲都已經變成了恆星系。它需要滿足若干條件。第一，質量足夠大，第二，溫度足夠低，第三，密度足夠大。一個均勻分布的星雲由於各處引力平衡，不會自己收縮。附近的能量擾動，如超新星爆發，可以觸發收縮進程。

開始收縮時，星雲中的塵埃會緩慢產生繞星雲質心的旋轉運動。這種旋轉的能量可以來自幾個方面。一個是附近超新星爆發的衝擊波，第二個是星雲形狀一般並不規則，在引力作用下向內收縮時運動方向不會都指向質心。這樣的旋轉導致了塵埃分子具有了圍繞星雲質心運動的角動量。

如果我們把每一顆塵埃看成一個質點，質點的角動量定義是　

$L=r imes p = rmv$

其中r是質點到星雲質心的距離，P是質點的的動量。角動量也叫動量矩（參考力矩的概念）。

在沒有外力作用的條件下，整個系統的角動量是守恆的（角動量守恆定律）。講解角動量的文章大多數會用到滑冰的例子。當滑冰的人雙手向內收的時候，雙手距離中心的距離縮短，由於角動量守恆，速度就會相應增加。

圖片來自Win Olympic Gold with SimMechanics: Modeling Figure Skating and Angular Momentum

由於同樣的道理，當星雲在引力作用下收縮，塵埃靠近星雲知心的時候，它們的運動速度都會大大增加。除了圍繞質心的旋轉，塵埃還進行其他各種運動，比如，向內，向外等等。然而這些方向的動能很快就會在相互碰撞中轉化為其他能量，如熱能或光能。行星（如地球）內部的熱能就主要來自這個階段的碰撞（另外也有放射性物質衰變釋放的能量）。

去掉了除旋轉以外的其他運動，我們應該可以得到一個塵埃團，裡面大致均勻分布著大量塵埃都在圍繞質心在各個方向旋轉。

每個塵埃的旋轉軌道都構成一個平面。相交的平面意味著塵埃可能會發生碰撞。在漫長的碰撞過程中，所有的軌道平面最終統一到一個共同的平面上來。也可以這樣想像，在大多數塵埃都在一個平面旋轉地時候，少量運行在這個平面外的塵埃不可避免的會和這個平面內的塵埃碰撞，結果是，進入這個平面，或者失去動能，跌向星雲的質心。由於同樣地原因，這個平面的所有塵埃都是都是向相同方向旋轉地。

實際上，在碰撞過程中，大多數塵埃都跌入了質心。在太陽系中，這些塵埃最終形成了太陽，它站整個太陽系質量的99.8%。剩餘的塵埃在太陽外面形成一個星雲盤。這個星雲盤在自身引力作用下，逐漸聚集，形成了行星。在太陽點燃核聚變的時候，強烈的太陽風把塵埃中較輕的部分吹向遠處，只有比較重的能夠留下來。所以密度比較大的岩質行星都在里太陽比較近的地方，而氣體行星都離太陽比較遠。

星雲盤中的塵埃在某些密度比較大的位置開始凝聚形成行星。在行星形成過程中，部分星雲盤旋轉的動能轉化為行星的自轉動能，所以行星的自轉方向都和公轉方向相同。然而，在太陽系中，天王星和金星是兩個例外。天王星是由於遭到側面撞擊導致自轉軸翻轉；而金星是因為自轉軸不穩定，在漫長的歲月中慢慢自己翻了過去。

星系（如銀河系）同樣是從塵埃和氣體的星雲開始的，所以相同的過程也可以用於描述星系的形成，並解釋為什麼星系是扁平的。但是，觀察星系的形狀我們會發現星系的中部往往都有一個突起的部分。這是為什麼呢？

圖片來自Mitaka

從上面對太陽系形成過程的描述我們可以看到氣體和塵埃在扁平結構形成中的重要作用。如果物質以其他形式存在，結果可能就大不一樣了。比如，恆星的形成讓大量物質集中在很小的區域內。恆星之間的距離常常以光年計，所以恆星的碰撞是十分罕見的。在一個氣體和塵埃都被恆星集中的系統中，扁平化的過程就難以為繼了。

用這個道理我們可以解釋星系中心突起的由來。在星系的中心，物質密度較大，可以較早的形成恆星。大量恆星的出現消耗掉了氣體和塵埃，所以繼續扁平化的過程在星系中部就停了下來。而在星系邊緣，物質比較稀疏，形成恆星比較少，可以有大量氣體塵埃保留，讓扁平化過程得以繼續。

圖片來自Giant Elliptical Galaxy M87在宇宙中，還有大量的橢圓球星系。它們都是多個質量相當的星系碰撞合併形成的。碰撞過程中的引力擾動破壞了星系的扁平結構，最後，星系在自身引力作用下逐漸收縮成接近球形。如果合併後的星系中還有大量的氣體和塵埃，這個星系最終還是可以回到扁平結構。但是，一些比較老的星系中，大部分氣體都已經被新生的恆星消耗掉了。這樣的星系可能就會永遠保持橢圓球的形狀了。這也將是銀河系和正向我們飛來的仙女座星系的命運。

圖片來自https://en.wikipedia.org/wiki/Andromeda%E2%80%93Milky_Way_collision
37.5億年後的夜空

不會公轉的都走了，留下的都是會公轉的

上帝踹了一腳。

—艾薩克·牛頓

在太陽系還未形成前，太陽系是一個塵埃雲盤，塵埃哪裡來的呢，大部分是前超新星爆炸拋射出來的物質。46億年前之前原始太陽系周邊的超新星爆炸是比今天要頻繁的，當太陽系附近一個超新星爆炸的時候，不僅會帶來星體物質，還會給原始太陽系施加一個隨機方向的力，攪動雲盤的自轉方向和速度。

太陽系塵埃雲盤的重心在中心，當雲盤形成時，而每個塵埃都基本繞著這個重心公轉，而遠離太陽或沖著太陽運動的塵埃，要麼飛離了太陽系，要麼被太陽系中心引力吸入。只有離心力和向心力（太陽系重心的引力）達到平衡時才會留在軌道上。

當46億年前之前最後一個超新星爆炸拋射的物質沖入太陽系後（有研究論文證明太陽系大部分的物質都來自於這次事件），太陽系的塵埃質量達到臨界，開始向中心聚集，當聚集到臨界質量時，中心物質的自引力產生的壓力使中心開始核聚變，太陽形成並點燃。

這個過程中沒有吸引到太陽上的太陽系物質，依然留在軌道上公轉著。在太陽聚集形成期間，這些物質也在自己的軌道上自我聚集，質量較大的塵埃吸引其他塵埃，互相吸引碰撞再吸引，形成質量較大的內核，行星內核在自己軌道上公轉，像吸塵器一樣吸收了軌道上的質量較小的塵埃，最終形成一個個球體行星。並且依然保持著公轉。

所以回答題主問題，地球的公轉的初速來自於太陽系形成前的塵埃雲盤的自傳。

問題不對，不是地球為什麼公轉，而是因為公轉所以有地球。
地球不公轉，也就沒有人思考這個問題.

太陽系沒形成之前，應該是太陽星雲，這團星雲不斷地旋轉，後來顆粒大的雲團慢慢聚攏，形成現在的太陽系星球，地球也是之一。現在地球的公轉，應該是保持自太陽星雲的旋轉，太陽的自轉。

不會公轉的都去陪太陽公公了

是太陽系星雲剛坍塌時就行成的，後來又不斷被萬有引力定律和角動量守恆定律修正的。
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你可以去做個實驗：先將洗漱池堵上，灌滿水，然後拔開塞子放水，你會看到水是旋轉著流下去的，而且越靠近排水孔，旋轉越快。
太陽系也一樣，排水孔好比太陽，水池中的不同位置好比不同行星。

不公轉無法克服向心力，直接投進太陽的懷抱

這其實跟引力的洛倫茲效應有關。旋轉的星體會使周圍空間產生彎曲，使得從遠處來的物體漸漸的向著與星體旋轉方向相同的方向運動，這應該就是太陽系初始角動量的來源

行一下子

引力做圓周運動

宇宙中任意兩個物體，要麼相互遠離，要麼相互接近，要麼相對靜止。遠離的越來越遠你不會把他們相提並論，接近的或相撞融為一體或擦身而過繼而遠離，只有相對靜止一圖可以談論，而除非你以這兩者為基礎建立觀測坐標系，否則你就會發現他們之間想拴了根繩子一樣，似乎我們管這就叫公轉

原子核和一個電子的關係

我像地球一樣你在我心思中央

我繞著你打轉

一圈一圈公轉
——王力宏 - 公轉自轉

其實當你（太陽）的質量足夠大，美麗的女孩子（地球）走過就會被你拉到公轉軌道上，但地球的初始形態是塵埃而已

太陽系形成之處，地球受各種引力，其中來自太陽的最強，於是向著太陽方向運動。由於亦受其它引力沒有直接撞上太陽，運動過太陽後又掉轉方向向太陽繼續運動，於是開始圍繞太陽做近似的圓周運動。後來，旋轉離心力和各方引力平衡，形成了現在的公轉軌道。在大概是天體系統繞轉的形成。

先不解釋為什麼他會有一個初速度，會動起來。

看看哲學的解釋，辯證唯物論說：物質在時空中都是絕對運動的。
這個運動，在太陽系內的行星和衛星來說就是圍繞中心天體做近圓周運動，從而抵抗引力作用，不會飛向中心天體被撕碎而存活下來。
這種運動有個好處，能讓處於該運動的天體處於一種相對穩定的（半徑變化不大的）軌道中，而且在其軌道上沒有同類天體威脅。不像彗星，軌道和其他天體有重疊交叉，毀滅的概率大得多。
深夜手機答題，先就這樣。