もし地球が自転を止めたら、私たちはどこで生き残れるでしょうか？

制作 |科学普及中国

著者 |ココ

プロデューサー |中国科学博覧会

子どもの頃、夜空を見上げると丘の向こうに月が浮かんでいましたが、夜遅くになると月はすでに頭のてっぺんまで来ていました。先生は私たちにこう言いました。「それは地球が常に回転しているからです。昼と夜の交替、太陽の昇り月が沈むのはすべて地球の自転によるものです。」

画像出典: Veer Gallery

本当にそんなに簡単なのでしょうか？さらに深く掘り下げてみると、次の一見非常に単純な 2 つの質問に実際には答えられないことに気づくかもしれません。

1. 地球はなぜ自転するのですか?他の惑星も同じように回転しているのでしょうか？自転しない天体はありますか？

2. 地球の自転が止まったら何が起こるでしょうか?このような世界を破壊する大災害を生き延びることができる人はいるのでしょうか?

今回は、地球の自転に私たちが知らない秘密がどれだけ隠されているのか、根気強く探ってみましょう。

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地球はなぜ回り続けるのでしょうか？

まず結論を述べたいと思います。自転しない天体の存在は理論上のみ可能ですが、現実にはすべての天体は何らかの形で自転しています。

その理由は主に次の2つです。第一に、天体の誕生過程には必然的に一定の初期角運動量が生じます。第二に、角運動量がゼロの天体は不安定な状態にあり、たとえ一瞬その状態が現れたとしても、その状態を長時間維持することはできない。少し混乱するかもしれませんが、それは問題ではありません。上記の2つの理由をわかりやすく説明しましょう。

形式的な観点から見ると、惑星の形成は大まかに 2 つの状況に分けることができます。 1つ目は、天体を形成する物質が集まり、絶えず衝突し、擦れ合い、最終的に惑星を形成するというものです。それはまるでマシュマロを作るようなもので、溶けた砂糖の糸が機械のノズルから噴き出し、次第に絡み合って大きな塊を形成します。 2 つ目のタイプは、すでに存在していた天体が何らかの理由で爆発し、特定の物質を放出して天体を形成したものです。それはまるで空中に投げられたフリスビーがショットガンで撃たれ、無数の小さな粒子を吹き飛ばすようなものです。

太陽系の形成のイメージ。画像出典: パブリックドメイン

これら 2 つの形成方法から判断すると、どちらを使用したとしても、天体の各部分の角運動量の合計が正確にゼロになる可能性は低いと考えられます。つまり、天体は自然に「回転」します（つまり、天体は誕生時に一定の初期角運動量を持っています）。そして角運動量保存の法則によれば、この回転は止めることができません。天体は誕生の過程が始まった瞬間から回転し続けているのはこのためです。

2番目の理由を見てみましょう。初期角運動量がゼロの天体が存在すると仮定すると、この「完全な状態」は長期間維持することはできません。これは、宇宙のあらゆる場所に他の天体からの重力があり、これらの天体の自転や公転によって重力の状態に変化が生じる可能性があるためです。それは嵐の海で動力を失った船のようなものです。最初は静止していても、やがて流れに流されてしまいます。

宇宙探査機は、2000 年 12 月初旬にエロスの完全な回転を撮影しました (周期は約 5 時間 16 分) |画像提供: NASA

上記の 2 つの点を組み合わせると、宇宙の天体の場合、回転しないことは相対的であり、回転することは絶対的です。これは、「相対的な静止と絶対的な運動」というマルクス主義の哲学的見解とも一致しています。

また、月は常に人間に対して同じ側を向いているが、これは月が自転していないことを意味するのではないのか、という疑問も提起した。実際のところ、これは一見誤った誤解です。

右手の拳を地球に見立て、左手の手のひらを月の地球側として使います。手のひらを右拳に向けたまま、左手を右手の周りで動かそうとすると、左手は実際に回転し続けなければならないことがわかります。 (実際、月の自転と公転は正確に同期しており、これは潮汐ロックまたは捕捉回転と呼ばれる現象です。)

月の自転の模式図。左側と右側の月の向きの違いに注目してください。左側の月は常に回転しており、片側だけが地球に面しています。丨画像出典: Wikipedia

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地球が自転を止めたら何が起こるでしょうか？

地球は誕生以来ずっと回転し続けています。数十億年にわたって、地球の自転周期は変化してきましたが、自転の状態は変わっていません。もし私たちの想像力を自由に働かせて、地球が突然自転を停止したと想像したら、どのような結果になるでしょうか?

地球の自転の角速度はどこでも同じですが、線速度は異なり、赤道で最大速度、極で最小速度になることがわかっています。赤道付近の地球の自転の直線速度は毎秒約465メートルなので、赤道上で一日中家の中で横になっていれば、「地面に座ったまま1日8万マイル移動する」という目標も達成できる。北京のような中緯度地域でも、回転の直線速度は毎秒370メートルに達することがあります。

地球が 0.1 秒以内に停止すると仮定すると、表面に付着していないすべての物体は以前の運動状態を維持し、慣性により地球から飛び出します。計算によれば、この時点で北京近郊の地表に付着した物体は370gに相当する加速度を受けることになる（gは重力加速度、9.8m/s2を表す）。たとえ粉々に砕け散ることはなかったとしても、彼らは心が痛むでしょう。

もちろん、高緯度地域への影響は比較的小さいでしょうが、どの程度小さいのでしょうか?緯度が80度に達すると、地球の自転が止まった後、人体は自転方向に飛び出し、線速度は依然として秒速60メートルに達し、生存の可能性はなくなります。

しかし、地球が極めて短い時間で自転を止めるのではなく、ゆっくりと止まれば、状況は少し良くなるでしょう。例えば、地球が1分間自転を停止すると仮定すると、北京の人が地球の自転方向に感じる加速度は1G未満になります。それでも非常に恐ろしいですが、適切な緩衝材があれば、命が助かったり、無傷で済む希望はまだあります。

多くの人は、地球の表面は安全ではないので、地球が自転を止めるまで飛行機で上空で待つだけだと言うでしょう。このアイデアは確かに良いのですが、地球表面の大気も地球の自転と同期している、つまり同じ運動状態にあることを知っておく必要があります。

地球の自転が止まっても、大気は慣性により自転方向に動き続けるため、北京の上空では時速約1,440メートルの超嵐に見舞われることになる。どんな飛行機であっても、このような激しい気流には耐えられないのではないかと思います。それで、海では何が起こるのでしょうか?地球の自転が止まれば、低緯度ではない渤海にも超音波が襲来することになる。地球の表面全体が、かつてないほどの超津波に襲われるだろう。しかし、もっと恐ろしいことはこれから起こります。

私たちの仮定がもう少し「厳密」であれば、エネルギー保存の法則も考慮に入れることができます。地球のような巨大な物体は、実際に回転するときに巨大な運動エネルギーを持ちます。地球が自転を停止すると、この運動エネルギーは内部エネルギーに変換され、つまり地球は自転を停止している間は熱くなります。

推定によれば、地球が自転を停止すると変換される内部エネルギーによって、地球の温度が数百度上昇する可能性がある。そして、運動エネルギーが最大となる表面では、温度上昇は数千度に達することもあります。この時点で地球の表面は間違いなく煉獄の光景となり、地球全体が溶けて液体になる可能性もあります。

つまり、もし今夜本当に地球の自転が止まったら、どこにいても、一瞬にして全員が粉々に砕け散り、地球自体が宇宙から消えてしまうのです。しかし、地球の自転周期が変わっても、自転そのものは永遠に存在し続け、地球の自転停止は単なる思考ゲームに過ぎません。

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