地球时刻都在转动，地球上空的物体也会跟着一起转动吗？
地球时刻都在转动，地球上空的物体也会跟着一起转动吗？
当我们仰望星空，地球的自转带给我们的是一个稳定而宁静的夜空，仿佛天上的星星和云彩都静静地悬挂在天幕之上。然而，这一切的静谧背后，都隐藏着地球时刻都在进行的自转运动。
地球上空的物体，无论是矗立的高楼，飞翔的鸟儿，还是半空中悬停的直升机，都无一例外地随着地球一起转动。直升机之所以不能像人们想象中那样“坐地日行八万里”，是因为即便它在半空中静止不动，地球的自转依然带动着它一起移动。同样，云朵虽然在空中不与地球接触，但它们同样受到地球自转的影响，随着地球一起旋转。这种现象背后的原因，是因为大气层是地球的一部分，它与地球表面的摩擦以及空气本身的黏性，使得大气层随着地球的自转而旋转，进而影响了其中的物体。
我们知道，地球并非一个孤立旋转的固体球体，其上的大气层同样参与了这一旋转运动。这一现象的背后，是大气与地球表面间的摩擦作用以及大气自身的黏性。
假设地球最初不带有大气层，那么在大气突然出现的那一刻，由于没有摩擦力的束缚，大气将会产生巨大的风速，这种风速足以摧毁人类文明的一切。然而，在现实世界中，这种风速最终会因为与地球表面的摩擦而减速直至停止，或者说，从地球以外的观察者的角度来看，大气层整体加速到了与地球自转同步的速度。这个过程中，起关键作用的是地球表面的粗糙度，以及山脉等与大气接触面的相对运动所产生的摩擦力。
但这个解释还不足以说明为何连高空的气体也会随着地球一起旋转。事实上，随着高度的增加，地面摩擦力的影响逐渐减弱。在距地面1～2公里以上的高度，地球表面带来的摩擦力作用可以忽略不计。
尽管如此，高层大气仍旧显示出随地球自转的趋势，这说明除了摩擦力，大气层内部的速度差异和湍流交换作用也是关键因素。简而言之，大气的黏性使得不同层次的大气之间产生了相对运动的趋势，从而维持了整体的旋转状态。
在探索大气层与地球自转的关系时，一个令人惊奇的现象浮出水面：高层大气并非完全与地球同步自转，而是以一种独特的方式在运动。具体来说，位于海拔200至300公里高度的高层大气，其平均速度比地球的自转速度快1.3倍，白天由西向东运动，晚上则由东向西。这一现象在金星上也有所观测，那里的大气层因为太阳辐射驱动的热潮汐、行星波和大气湍流等因素，形成了超级旋转的状态。
金星的大气层风速极高，最大风速可达每秒100米，这相当于地球自转速度的60倍。而金星的自转周期长达243个地球日，意味着其大气每96小时就绕行星旋转一次。在土星的卫星土卫六上，也存在类似的超级旋转现象。这些案例表明，在潮汐锁定的有大气的系外行星上，类似的循环系统可能十分常见。
高层大气的这种运动模式，不仅揭示了大气层内部复杂的动力学过程，同时也反映了地球自转与大气层之间微妙的相互作用。这种相互作用在地球气候系统中扮演着至关重要的角色，通过影响大气环流和天气系统，进一步影响着地球的生态环境和人类生活。
地球的自转不仅决定了我们每天经历的昼夜更替，还与大气的运动有着千丝万缕的联系。大气的运动会对地球的自转产生影响，反之亦然。例如，副热带高压的强度与地球自转速率有着密切的相关性。副热带高压是一种气候现象，由太阳辐射和地球自转产生的地转偏向力共同作用形成，它在南北半球副热带地区形成了若干个高压带，这些高压带对全球气候模式有着深远的影响。
科学家们通过对比地球自转速率与大气环流特征量后发现，地球自转速率的变化与副热带高压的面积指数、强度指数、脊线及北界位置之间存在着显著的正相关关系。这意味着，当地球自转加快时，大气向北移动，副热带高压加强；而当地球自转减慢时，副热带高压减弱。这种现象背后的物理机制是，地球自转能够影响大气的运动，而大气相对于地球的运动会产生大气相对角动量，其变化可以激发地球自转的变化。
除此之外，大气与地球的相对角动量还会影响钱德勒摆动，即地球自转轴的经常性小幅移位。例如，厄尔尼诺现象发生时，地球的自转可能会稍微减慢，使一天的长度增加。这是因为，根据角动量守恒定律，地球自转和大气自转的微小变化是相互联系的。总体来说，大气运动和地球自转的关系揭示了一个复杂而动态的地球系统，其中每一个组成部分都在不断地影响和被影响。
在地球这个宏大的舞台上，大气与地球自转的相互作用遵循着一个基本的物理定律——角动量守恒定律。这一定律指出，在没有外部力矩作用时，一个系统的总角动量保持不变。在地球与大气的系统中，尽管大气在不断地运动，地球自转也在不断地进行，但两者的相对角动量保持着一种微妙的平衡。
这种平衡关系在气候变化中扮演着重要的角色。例如，当大气环流发生变化，比如由于厄尔尼诺现象引起的风速和气压变化，地球的自转速率也会受到影响。这些变化虽然微小，但足以对气候产生深远的影响。事实上，大气的运动会影响地球的自转，同时地球自转的变化也会反过来影响大气的运动，这种双向作用构成了地球气候系统的一个关键组成部分。
此外，大气的惯性，或者说它的转动惯量，也是维持地球自转和气候稳定的重要因素。转动惯量越大，物体维持旋转状态的趋势就越强。对于大气来说，其庞大的体积和质量赋予了它巨大的转动惯量，这使得大气的旋转运动极为稳定，从而为地球气候的长期稳定性提供了基础。正是这种稳定，让我们的生活在这个蓝色星球上成为可能。
本文原文来自网易