如果地球以第一宇宙速度自轉,地球會變成什麼樣?

這裡的"地球以第一宇宙速度自轉"可以認為是赤道線速度為第一宇宙速度。原諒我沒有把問題描述清楚,年少無知。

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今天上物理課奇思妙想想到了一個問題,與同學討論無果,來問問知乎里的大神們


假設赤道的自轉線速度等於第一宇宙速度

則稍有擾動,赤道上的物質就會脫離地球,也就是說,地球會從赤道損失質量

而第一宇宙速度又等於sqrt{frac{GM}{R}},其中M是地球總質量,R是地球半徑,G是萬有引力常數

地球損失質量,假定地球半徑仍不變,則第一宇宙速度繼續降低,從而會更容易失去質量

這是一個正反饋過程

這個正反饋過程直到地球表面最外層物質被全部剝離而結束

(注意此過程中,地球最外面一層的物質會向赤道滑動,進而被甩出去)

因此這時半徑開始減小,第一宇宙速度開始回升,這時候地球會小一圈

在一些比較reasonable的假設下,正反饋過程總要結束,證明如下

假定地球最外層(地殼)的密度基本不隨半徑而變化

M=
ho	imesfrac{4}{3}pi R^3,delta M=
ho	imes4pi R^2delta R

delta(frac{M}{R})=frac{1}{R^2}(Rdelta M-Mdelta R)=
ho	imesfrac{8}{3}pi Rdelta R>0

(這段好像有點兒問題,待修改)

也就是說,第一宇宙速度最終是要上升的,失去質量的過程會終止

此時的地球,質量變小,半徑變小,第一宇宙速度變大

也許地球在40多億年的壽命中,不斷經歷過類似的情形,直到變成現在這樣,也未可知呢


第一宇宙速度是線速度,而描述地球自轉的應該是角速度,問題不成立。

好吧,我大概知道題主的意思,就是赤道的線速度等於第一宇宙速度唄?

那你幾乎感覺不到重力,一跳就飛出地球了吧。。

不太會開腦洞,坐等知乎科幻小說回答。


除了樓上李剛:「第一宇宙速度是線速度,而描述地球自轉的應該是角速度」的槽之外,還有一個槽。

高速旋轉的還能是地


不佔流量 靜態GIF圖

假設y軸是地球自轉軸。

在赤道(w=0)和極地(w=90°)上的人目前比較安全。

假設你在北京(w=40°)或者南京(w=30°),又如何呢?

首先,受到一個指向地心的引力G=mg=mv^2/r(v是第一宇宙速度,r地球半徑)。

為什麼相等?因為引力各處相等,你想想赤道上引力等於多少。

然後,它還受到一個離心力(不要在意具體細節),指向x軸正向

F=mu^2/x,但是這個u是當地的自轉線速度,顯然整個地球的自轉角速度都相等,所以線速度等於角速度乘以橫坐標x,所以u=vx/r=v cos w。力F=[mv^2/(r cos w)](cos w)^2=G cos w。

現在把F分解為切向和法向。

法向力Fn=F cos w=G(cos w)^2用於抵消引力,所以合重力=G-G(cos w)^2=G(sin w)^2。

那麼切向力Ft=F sin w=(G/2)sin(w*2)。

我給你一個初步的感受。

在北京,重力是原來的41%,切向力是原來重力的49%(新重力的119%)。

在南京,重力是原來的25%,切向力是原來重力的43%(新重力的173%)。

總結:你將會不可遏制地滑向赤道。

也許你可能運氣足夠好,抓住了比如樓房,樹木等等什麼東西,並沒有一路向南。

但是,切向力已經超過了重力,我記得土地的臨界角沒有超過45°的吧,所以會……帶著你,還是那句話,一路向南。

注意:在祖國大地上這時候切向加速度仍然有4m/s^2以上,也就是說自由滑翔的你在10秒鐘之後就會達到40m/s(144km/h)的速度。當你撞到什麼有幸固定住,或者還沒來得及加速到你這麼快的東西的時候,你會死的很慘。

雖然我沒有考慮摩擦力,但是鑒於一般的摩擦因數都不大於1,而切向力會比重力大的越來越明顯,所以你會接著加速下去。

如果你運氣很好一路滑了下去,沒有撞死,成功到了赤道上,可是你迎來的是從南半球來的以大小相當/方向相反的高速向你撞來的東西。然後,你又死的很慘。

假設你和你對面的東西摩擦力都很大,你既沒有半路磨死,也沒有被撞死,而是最終有幸停在了赤道上,那你還是活不下去。

由於東西都滑了過去,所以赤道半徑開始增加。

由於角速度不變,半徑提高,所以線速度增加,離心力增加,引力減小,你會飛向太空。這下春哥也拯救不了你了。

那麼,假設全世界的土地和人都被固定住呢?那你還是活不下來,因為水也會往赤道跑,你會被洪水淹沒,不知所措,最後提前XX。

那麼,假設全世界除了大氣層之外都被固定住了呢?很遺憾,你還是活不下來。

中高緯度大氣被剛才的力拉到赤道上,上面的人憋死。

拉到赤道的大氣因為高於地面,還是半徑增大,離心力增大,引力減小,繼續飛走,全體憋死。


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