地球が自転をする理由を教えてください。

質問

宇宙が誕生したときから回っていたのでしょうか。
もしそうだとしたら、宇宙は回転してるのでしょうか・・・・？
更に発展して考えると、星はすべて同じ方行に回転してるのでしょうか。。。。
このあたりの知識はほとんどないので、的外れなことを言っていたらすいません。
どなたか教えてください。

回答No.13

aster · ベストアンサー

何故「地球の自転」が始まったのか、天体力学的な説明をしていませんでした。正確にどういう過程であったのか、おそらく推論とシミュレーション計算しかないだろうと思いますので、ここで、推論による自転運動の開始を述べてみます（これは重力による形成を考え、原始星雲間ガス雲の圧力機構や、ガス雲の磁場などは省略しています）。

少し難しいかも知れませんが、回転モメントとは何かとか、どうやってそれが得られるのか、というのは、きちんと書いた方が、たとえ分かりにくくても、イメージとして妥当なものとなるはずです。

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最初に、太陽の自転や、太陽系の惑星の公転が何故起こったのかの説明をします。先の参考ＵＲＬに記されていることですが、太陽と太陽系は、同じ起源で、同じメカニズムでできあがります。

つまり、太陽を含め、標準的な星は、かなりな空間に広がった、濃密なガスの雲から生まれます。大体、数百光年ぐらいか、もう少し小さい範囲に、この「星雲間原始ガス雲」は広がっています。

太陽ができるためには、或る程度安定状態にある、この広い範囲に一様に広がっている原始ガス雲に対し、何かの「刺激」が加わって、密度に濃淡ができ、この濃い部分から、星つまり、太陽の原始的なガス雲が発達するとされています（別の説明もあります）。

この「刺激」として、一つの説に、超新星爆発で起こる「重力衝撃波」が考えられています。重力衝撃波は一様なガス雲に衝突し、抵抗を受けて、ガス雲の密度に偏りを与えます。これが、或る広い空間内で、一斉に多数の星がほぼ同時的に誕生する理由ではないかと考えられています。

密度に濃淡ができると、濃い部分が、重力的に次第に収縮して行きます。これらは、段々、球に近い形の大きなガスの雲になり、その中心部は、特に密度が濃くなり、この部分がやがて、太陽あるいは恒星本体になります（収縮過程で、「連星」が造られることが多いのですが、以下は、惑星系を備える太陽のような星の形成です）。

ここで、球の形に広がった原始太陽系ガス雲を考えます。もし、このガス雲が、中心の前原始太陽の中心を点中心として、完全に点対称に分布していた場合、ガス雲は重力で収縮して、やがて、太陽・恒星になります。ただし、この恒星は、自転もしていなければ、惑星も備えていません。

こういうことは、実はありえないことなのです。

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問題を簡単に考えるため、「二体問題」という天体力学の問題を考えてみます。これは、二つの天体しかなく、両者が、重力で引き合っているとき、どういう運動になるかという問題です。

どこかでスタート時点が必要なので、スタートを決め、スタート時点で、この二つの天体は速度を持っていないとします。つまり、静止状態から、重力による引力作用の運動が始まるのです。

この場合の答えは、二つの天体の重心を結ぶ線に沿って、直線方向に二つの天体が接近して行き、最後には、衝突するという運動になります。実は、この運動の仕方が、上で述べた、原始太陽系ガス雲が、完全に点対称に均一に分布している場合に当たります。

一般には、二体は、スタート時点で、それぞれ速度を持っています。自由な方向に向け、ある大きさの速度運動を行っているのが普通です。この天体二つについてのそれぞれの速度と、天体のあいだの距離、天体の質力を、初期境界条件と呼びます。

二つの天体の運動は、初期境界条件によって、変化します。しかし、大きく分けて三つの運動になります。一つは、直線軌道を辿ってストレートではありませんが、互いにぐるぐる周り合ったりした後、結局、衝突するという運動です。

もう一つの解のタイプは、二つの天体が、楕円軌道を相互に描いて、互いの周りを回り合うという運動です。この運動、つまり、楕円軌道での回転運動は、何か余計な別の第三の天体とか、空間の塵の抵抗などがない限り、原理的に、永遠に、この楕円回転運動を続けます。

第三の場合は、初期条件の速度が大きい場合で、この場合、重力の力よりも、速度運動の方が大きいので、二つの天体は、一時近づいても、やがて離れて行きます。この第三の場合は、初期ガス雲の収縮では関係がありませんので無視します。

実は、衝突に結果する、初期条件というのは、難しいです。二体問題では、楕円軌道での回転運動に到達するというのが、きわめて一般的な答えです。

（ただし、これは、二つの天体が、同じぐらいの質量を持つ場合です。太陽と彗星のように、桁違いの質量を持つ二つの天体だと、軽い方の天体が、ある程度の大きさの初期速度を持たない場合、放物線軌道を描いて、太陽と衝突します。太陽と衝突もせず、楕円軌道にもならない場合……これは、天体が最初に大きな速度エネルギーを持っていた場合です……、双曲線軌道を描いて、軽い天体は、永遠に太陽から離れて行ってしまいます。この話では、こういうケースは、除外して考えています）。

同じぐらいの質量の二体問題では、二体の運動は、（初速エネルギーが小さければ）もっとも普通には、楕円軌道になるということを上で述べました。楕円軌道とは、円軌道もその一種、特殊な場合で、これは、二つの天体が、相互に公転し合っていることで、天体システム全体としては、回転モメントを得たことになります。

回転モメントというのは、質量ある物質が回転している場合、それを止めようとすると、力がいることからも分かるように、ある「慣性に似た力」を持っていることです。回転モメントがあると、これを減らす力が働かない限り、何時までも回転運動は続きます。

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そこで、原始太陽系ガス雲に戻ると、ガス雲は、重力で、中心に収縮して行きます。中心の方向に引力があるので、引力に引かれて、ガス雲は、直径が段々小さくなって行くのです。また、中心部分の密度は、加速度的に大きくなって行きます。

ここで、コンピュータ・シミュレーションで数値計算でもしないと分からないのですが、収縮する原始ガス雲は、決して綺麗な点対称ではなく、部分部分で密度などに偏りがあるということがあります。

こういうガス雲が収縮して行くと、どうなるかと言いますと、ガスを構成する宇宙塵の大きさはほぼ同じぐらいで、局所的なガス団の大きさも似たようなものなので、先に述べた、二体運動の一般的な解の運動になります。

つまり、楕円軌道を描く、回転モメントを持つ運動になるのです。しかし、原始ガス雲は、三次元に広がった、大体球形をした非常に多くの微粒子の集合で、二体問題とはまた違います。

そこで、ある粒子群は、二体運動の解のような運動に近づいて行き、別の粒子群も同じような運動に近寄って行くという過程が考えられます。これはどういうことかというと、「ガス雲が回転運動」を始めるのですが、回転面が必ずしも一つではなく、回転方向も、３６０度の自由な方向で、一方向とは決まっていないということです。

しかし、こうした、回転面の異なる回転運動傾向は、互いに相互作用し合って、次第に、統合されてきます。方向の違う回転運動は、その中間値の方向になり、最終的に一種類の回転運動になると考えられます。

違う方向の回転運動が相殺し合って、回転がゼロになるという可能性はあるのですが、それはきわめて珍しい事態だと考えられます。実際は、数値シミュレーションをしないと、どうなるか分かりませんが、こういうシナリオに従うはずです。

非常に大きな直径で、一つの回転面でガス雲が回転運動をし、同時に中心に向かって収縮して行くと、元は、球形をしていたガス雲が、形を変えて、回転面にほぼ載った、円盤型のガス雲となります。この円盤は、そして回転しており、収縮につれ、円盤の大きさが小さくなればなるほど、回転速度は速くなって来ます。

やがて、中心の非常に濃密なガス雲の塊は、もの凄い質量の塊となって来て、これが原始太陽となります。

円盤のガス雲はますます平たくなって来て、中心の原始太陽の周りで、公転軌道を描くようになります。無論、その他にも、もっと希薄なガス雲が、原始太陽をはるか離れた距離に、残されたような状態で存在しています。

この頃には、ガス雲は、冷却と、重力で、近い距離のものが、衝突し合い、まとまって来て、直径数十キロメートル程度の微小天体（微惑星）になります。しかし、固体化しなかったガス雲は、太陽系のなかで、安定した円盤となって存在し、これが、微小天体の原始惑星への成長を促進します。

微小天体は、公転軌道を回る内に、衝突し合って、段々大きな天体ができて来ます。これらの原始天体は、公転軌道のある距離を置いて、代表的に形成されて来ます。これが、原始水星であり、原始金星、原始地球、原始火星などです。

木星や土星は、地球などとは、少し異なる生成のされ方をするのですが、ここまでで、太陽系の惑星系の公転の原型ができたことになります。太陽は無論、回転の中心ですから、公転方向と同じ方向に自転していて、やがて、内部で原子反応が生じ、これまでの重力陥没による熱発生とは違う原理のエネルギーで輝き始めます。

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原始太陽系は以上のようにできます。

この時点で、各惑星、例えば、原始地球には、未だ自転運動がないものとします。今までの話では、どこからも、惑星の自転に必要な回転モメントは提供されていないからです。

原始地球は、その重力で、近くの軌道の微小天体を徐々に引き寄せ、落下させ吸収し、大きくなって行きます。

この際、原始惑星ほどの質量になると、太陽系にあるガス雲を重力で引き寄せ、かなり大きな「ガス大気圏」を造り、このガス大気で、微小天体を失速させて捕捉するという過程が、重力的な捕捉以外のプロセスとしてあります。

原始金星の重力の取り分の微小天体、原始地球の取り分、原始火星の取り分と、それぞれ微小天体は、その公転位置によって、近い方の原始惑星にやがて取り込まれることになります。

この過程で、原始地球の公転軌道より、外側の軌道にある、同じ質量と、同じ距離、離れた、二つの微小天体が、原始地球に引き寄せられ、原始地球に落下することを考えます。二つの微小天体は、分かり易いように、原始黄道面で運動するとします。

この場合、原始地球が仮に静止しているとします。地球と微小天体のあいだの相対運動で、原始地球の方が圧倒的に質量が大きいからです。

二つの微小天体は、公転の進む方向、前にある天体と、その反対の後ろにある微小天体です。原始地球が静止しているとすると、地球より外側の軌道は、公転速度がより遅いので、同じ瞬間に地球へと、衝突軌道を進み始めた二つの微小天体は、公転の速度の違いで、異なる軌道を描いて、地球の表面に衝突します。

前の微小天体は、「原始地球引力による速度＋公転速度の差」で、原始地球に衝突します。後ろの手微小天体は、「原始地球引力による速度－公転速度の差」で、原始地球に衝突します。見かけ上では、前の微小天体の方が激しく地球に衝突し、結果的に、地球を、太陽系公転の逆方向に回転させるように見えます。

しかし、これは衝突速度だけを考えた場合で、衝突軌道を考えると、前の微小天体は、より鋭い楕円軌道を描き、太陽系の外に向けた地球の表面にではなく、もっと、公転方向の前進方向当たりに、垂直に近い形で落下衝突します。

それに対し、後ろの微小天体は、ゆるやかな楕円軌道で、太陽系の外に向けた地球の表面近くで、地面に平行に近いような形で、落下衝突します。

前の微小天体の落下は、速度は大きいですが、落下位置と角度から、偶力としての力は弱く、むしろ、後ろの微小天体の落下の方が、速度は小さくても、落下位置と角度から、地球を公転と同じ向きに自転させる偶力として作用するように見えます。

これは、様々な軌道の微小天体について、前と後ろで、結果的に、どちらの回転モメンタムの寄与が大きいのか、計算してみないと分かりません。しかし、直観的には、少々の速度があっても、回転偶力として作用しにくい前の微小天体の衝突は、後ろの微小天体の衝突の影響に消されるように思えます。

原始地球よりも、内側の軌道にある微小天体の衝突落下では、丁度、これと逆のことが起こります。原始惑星の持つガス大気が、この衝突運動を緩和しますが、それは、前向き、後ろ向きの微小天体共に働く影響です。

原始地球を、公転と同じ向きに回転させようとする偶力と、その反対の方向に回転させようとする偶力と、全体としてどちらが大きくなるかは分かりませんが、「均衡する」という可能性はまずありません。

外側の軌道にある微小天体の数が圧倒的に多いためか、また、ガス雲が、はるか外側から、引力圏内に、微小天体を供給するためか、結果としては、地球は、公転と同じ方向の自転モメントを得ています。

いずれにしても、このシミュレーションは、どの惑星でも成り立ち、公転と同じ向きに回転させようとする偶力が、総和として大きくなるのだと考えられます。

これが、原始地球、そして最終的に、惑星地球が、公転と同じ向きの自転の回転モメントを獲得する過程です。この過程は、原始地球が形成される初期にも、ありえると考えられます。

しかし、最終的に、微小天体（微惑星）の衝突によって、自転モメントを地球は獲得し、また、諸惑星も同様の機構で、回転モメントを獲得し、公転と同じ向きに、自転するのだと考えられます。

超新星爆発のエネルギーは、最初に述べた、星雲ガスの収縮の起動となる、衝撃波を造ることと、実は、星の誕生の源である、星雲間ガス雲の存在が、超新星爆発エネルギーと密接に関係しているはずです。

太陽系を造ったガス雲には、超新星爆発でしかできない重元素が最初から含まれていたのですから、この星雲間ガス雲の起源は、超新星爆発に遡っていることは明らかなのです。

回答No.5

oyan

地球が自転しているのは、その昔地球に他の衛星が衝突した衝撃のためだそうです。
１週間ほど前の朝日新聞に載っていました。

回答No.4

patak

太陽系の場合の自転については＃３での回答のとおりです。宇宙全体となると結構難しい回答になるようです。
ビッグバンで宇宙ができあがった時点で、無限に広がりをはじめ、それぞれの銀河が形成されたことで、それぞれが自転作用が発生したようです。宇宙全体の広がりだけで、宇宙が自転しているか否かは、現在のところ不明のようです。

回答No.3

ZhakTin

星の誕生に原因があります。

空間を漂うチリがお互いの引力によって次第に集まり、
衝突しながらくっついて星になっていきます。
そのとき、重心が完全にまっすぐぶつかれば回転は起こりませんが、
少しでも重心がずれてぶつかれば、回転力が生まれます。

（実際は衝突が始まる前、チリが集まり始めているときから、
そのチリの密度分布のムラによって生じる重力偏心によって回転が始まります。）

地球を初めとする惑星は、太陽が作られたチリの渦から生まれたので、
慣性力が働き基本的に同じ自転方向をもちます。
ただ、太陽系外周部には外宇宙から来た惑星がある可能性があり、この限りではありません。

宇宙が回転しているかは、ちょっと知りません。
他の恒星の自転方向って考えたことありませんでした。
どうなんでしょうね。

回答No.2

qwelkj123

科学的な話じゃなくてすいません。

神様が”法則”を作ったときに～決まったそうです。
大きい宇宙ですが、分子構造と同じ形でしょう。

すべて神様が考えたことなんですって。

＿＿って、証明もできないし、信じろっていわれてもねぇ　(^^ゞ

回答No.1

otsuge

もしかしたら凄い質問なのかもしれませんね。
太陽系の話だけします。
惑星が太陽を回る（公転）方向は揃ってます。これは太陽の自転の方向とも揃ってますし、惑星の自転の方向も同じです。
同じ事は、ほぼ衛星についても言えるのですが、例外があります。海王星の衛星の中でも大きなトリトンは、自転方向が逆です。また海王星の自転軸も、かなり傾いてます。