地球一直在自转,上空的物质也会随着地球一起转动吗?
这是一个看似简单,实际有点难的问题。
以前看过有人问:半空悬停的直升机,为什么还会随地球一起自转呢?为什么不能坐地日行八万里呢?
或者问:为什么天上的云会和地球一起动呢?而不是一直向西飞?它明明在空中不与地球接触呀?
也许你会说,这是因为大气和我们一起自转呀,所以才风轻云静,直升机也是被大气一起带着自转呢。这道题上过初中的都能回答出来。

那我们再深挖一层:为什么作为气体的大气会和地球一起自转?
答案是:大气的磨擦。
(为了讨论简单化,我们先不考虑地球自转偏向力和惯性离心力,尽量不写公式)
我们先假设地球原先没有大气层,然后突然有一天,大气层biu~的一下凭空产生了,而且大气一开始还不随地球自转而转动。这意味着啥?看过我之前有一篇讲地球停转的回答的同学应该记得,对,我们将遇到超级无敌核暴级的强风。
这股风将迅速摧毁人类文明,但它最终会减速到零,或者说,从地球以外的幸存观察者的角度来看,大气会整体加速到与地球自转同步。这主要是由于粗糙的地球表面和山脉与大气接触面相对运动产生磨擦力,从而阻碍大气运动造成的。
等等,大气又不是固体,底层大气因磨擦加速可以理解,为什么连高空的气体也会被加速呢?或者说,越高的大气是不是移动速度越慢?
事实是,随着高度的增加,摩擦力的作用肯定会减弱。而大气也是分层的。近地面层(30~50m)最为显著,而到了距地面1~2公里以上的高度时,地球表面带来的摩擦力作用很小,可忽略不计。所以此高度以下的气层称为摩擦层(或者叫行星边界层),此层以上称为自由大气层。而行星边界层又分为紧贴地表的片流副层(高度约到人的头部)、近地面层(高度几十米,和高楼相当)和埃克曼层。其中的片流副层在城市中通常不存在,一般认为边界层的下层即为近地面层。
而气层与气层之间,也会因为速度不同导致相互摩擦(湍流交换作用)而有减弱相对运动的趋势,或者说,大气是有黏性的。(实际上的受力相当复杂,科氏力、气压梯度力、turbulent drag等都会让分析秃头化)。说到科氏力,多说一句,正是因为自转的地球对大气层的摩擦,所以才会有所谓的“地转风”。在北半球,背风而立,则高压在右,低压在左。而在南半球,背风而立,则高压在左,低压在右(白贝罗风压定律)。
(不能再写了,再写就写不完了,大气动力学能上一学期。。)
总结一下,地球大气层是地球的一部分,因为与地面摩擦以及空气黏度,导致大气层会随着地球旋转,从而让大气中的物体也有了随地球一同旋转的趋势。

大气层其实很薄
然而,上面这套说法并不能解释为什么海拔200-300公里的高层大气平均比地球快1.3倍,白天由西向东,晚上由东向西。在地磁扰动时速度增加,偶尔记录到的数值高达1000米/秒。这种现象在金星上也有被观测到。
奇怪的金星大气
有人对金星大气感兴趣,我就偏点题,多写一段。金星是有大气的,而且风相对来说也很大。有多大呢?我们地球上风速平时也就10几米每秒(6级),超强台风五六十米每秒,最高风速出现在1934年4月美国华盛顿市的每秒103.2米的风速,而我国海南琼海县1973年4月那次每秒73到81米的台风已经能排前十了,但这只有地球自转速度的10%-20%。而金星的常规最大风速也差不多高达每秒100米,虽然看上去和地球差不多,但这却是金星自转速度的60倍。也就是说,金星要243个地球日才能完成一次自转,而大气每96小时就绕着金星旋转一次。这种现象被称为超级旋转。
对于超级自转的原因,目前主流科学家比较认同的一个观点是认为这是由太阳辐射驱动的热潮汐、行星波和大气湍流共同维持的。因为金星旋转较慢,所以朝太阳的一面很热,而背阴面相对较冷。金星大气通过热潮汐接收角动量,热潮汐通过大气的高速旋转将向阳面的热量快速传递到背阴面,可以平衡白天和夜晚的温差,就有点像空调的意思。(实际循环很复杂,这里略了)。
这种超级旋转现象不是金星独有的,土星最大的卫星土卫六也是如此。理论上这种循环系统在那些潮汐锁定的有大气的系外行星上应该也很常见。
大气对地球自转的影响
地球自转是固体地球(包括海洋)与大气在维持总角动量守恒的条件下相互作用的过程,它们共同构成了复杂的地球动力学系统。
我们听天气预报的时候,经常会听到一个词:“副热带高压”。它是由于太阳辐射和地球自转产生的地转偏向力、从而在南北半球副热带地区形成的若干个高压带。它是比较稳定的存在,冬天缩小,夏天变大。
通过对北京天文台1951~1995年间地球自转相对速率与大气环流特征量对比后发现, 地球自转速率与当年大西洋副高、 北美大西洋副高的面积指数、 强度指数、 脊线及北界位置均有很好的正相关关系。什么意思?就是说,当地球自转加快时,北半球大气将受附加离心力(具体分析就不写了,两力的方向是向高纬和向地心的合力)使大气向北移动,同时伴随下沉运动,导致副热带高压加强。地球自转减慢时,副高减弱。大气相对于地球的运动会产生大气相对角动量,它的变化可以激发地球自转的变化。反过来,地球自转提供的附加离心力使得大气产生南北或垂直向的运动,从而改变整个大气环流场。
通俗地讲,就是地球自转能够影响大气的运动。或者反过来说,从长期来看(以千年为单位),地球大气粘滞性对地球自转有减速作用。
不仅如此,大气与地球的相对角动量还会加剧钱德勒摆动(地球自转轴经常性的小幅移位,就像洗衣机失去平衡)。比如厄尔尼诺现象发生时,由于强风的作用,地球的自转可能会稍微减慢,使一天的长度增加了千分之一秒(或者反过来说,地球自转速率减慢可能是厄尔尼诺形成的原因)。这是因为按“角动量守恒定律”,地球自转和大气自转的微小变化是联系在一起的。地球在太空中旋转,当在离地球自转轴一定距离处(特别是山区)有一个附加力出现时(例如地表风的变化或高低压分布改变),它就有可能改变地球自转的速率,甚至改变自转轴的方向,同时也会反过来影响大气运动。
但固体地球和大气层构成的统一的系统角动量保持不变。因此,如果大气加速(较强的西风),那么固体地球必须减速(日长增加)。此外,如果更多的大气移动到较低的纬度(离自转轴更远),大气压增加,它也会获得角动量,地球也会减速。(以上忽略太阳辐射的影响)
所以说,大气运动和地球自转,两者是密不可分的。
惯性
很多人在评论区留言问“惯性”的问题。
对于旋转的、始终受重力影响的大气来说,说“惯性”不如说是“转动惯量”,也就是保持旋转能力的大小。
如果把大气想象成一个圆陀螺,理论上,如果没有外力影响(包括太阳、地球摩擦、视为刚体-虽然它根本不是),它将永远转下去。

事实上,旋转运动中的“转动惯量”,更接近于直线运动中的物体“质量”。转动惯量越大,你理解的“惯性”就越大,停下来就越困难。所以如果你认为大气是靠“惯性”一直旋转的,嗯,也可以这么理解吧。
在大气的旋转中,重力充当了提供改变旋转速度方向的功能,地球自转时,重力对大气的运动方向改变的程度来说很强大。所以重力并不是让大气旋转起来的原因,却是维持大气绕地球旋转的条件。如果没有了地球引力(重力),旋转的大气将立即四散开来。
有什么我没讲清楚的,请留言吧。
大家都在看
-
精妙绝伦的宇宙探索未解之谜 6个精妙绝伦的宇宙未解之谜,颠覆认知的星际谜题至今无解!宇宙浩瀚如穹顶,藏着无数超越想象的奥秘。从神秘的暗物质到诡异的黑洞奇点,从外星文明的猜想 to 宇宙的终极命运,这些未解之谜既牵动着科学家的探索神经 ... 宇宙探索12-03
-
用我们能读得懂的语言走进宇宙前沿知识——引力的了解和探索之中 在人类探索宇宙的漫长历史中,我们逐渐掌握了更多宇宙的秘密,宇宙的运行规则最终被归结为四种力,它们都非常神秘,难以理解,是宇宙探索的最前沿理论。而它们之中,引力与我们最为接近,也最容易被我们理解。它既是 ... 宇宙探索12-02
-
【标题】天文与宇宙探索带你走进神秘的星空世界,揭开宇宙的秘密 嘿,朋友们!你有没有想过,天上的那些星星到底藏着什么秘密?为什么我们能看到那么多星座?人类又是怎么一步步走进浩瀚宇宙的?今天就带你深入了解一下天文和宇宙探索的那些事,让你对星空有更酷、更震撼的认识!说 ... 宇宙探索12-02
-
70年后人类如何探索宇宙?中国科技馆“筑梦星球”展提供科幻答案 中新网北京12月1日电 (记者 孙自法)70年之后,人类会取得哪些重大科技突破?人们将如何进一步探索和利用宇宙空间?……中国科技馆最新推出的“筑梦星球”科幻主题展览,为这些问题准备了答案。最新推出的“筑梦星球 ... 宇宙探索12-02
-
从1912到2025,宇宙射线起源探索终突破,中国观测站功不可没 本文内容均是根据权威材料,结合个人观点撰写的原创内容,辛苦各位看官支持。2025年11月,四川稻城亚丁海拔4410米的高原上,LHAASO观测站的探测器突然记录到一串异常数据。这个由数千个闪烁体和水切伦科夫探测器组成 ... 宇宙探索11-30
-
无限与樊笼:论宇宙探索中的人类认知边界 文/星火燎原 在浩渺无垠的宇宙长河中,我们所在的银河系,是一个拥有数千亿颗恒星、横跨十万光年的宏伟天体系统。在其旋臂之上,我们的太阳、我们的地球,不过是这亿万分之一的微光。在人类有限的感知中,银河系的尺 ... 宇宙探索11-29
-
地球存在如此多威胁人类的问题,为什么还要投资探索宇宙呢? 当森林大火吞噬加州社区、气候变化威胁全球稳定、流行病挑战公共卫生体系时,质疑天文学研究价值的声音显得合情合理。毕竟,在2025年1月的加州山火中,损失超过2500亿美元,而美国林务局的年度预算却不足100亿美元。在这 ... 宇宙探索11-29
-
中国航天再破局!卫星天团探索宇宙,千年谜题即将揭晓 哈喽大家好,今天小无带大家聊聊最近全网沸腾的航天大动作!2025年11月24日下午,北京怀柔科学城一场发布会直接把全网炸翻了!没有流量明星,没有花边新闻,就靠一个十五五太空探源科学卫星计划,网友们的留言直接刷 ... 宇宙探索11-28
-
中国“太空天团”将出征!四颗卫星开启宇宙终极探索之旅 当你仰望星空,是否好奇宇宙如何诞生、地球是否孤独、黑洞真面目究竟是什么?我国“十五五”期间(2026-2030)将发射四颗卫星,直击这些人类的终极疑问。在宇宙探索的征程上,中国正迈出震撼一步。“鸿蒙计划”卫星 ... 宇宙探索11-27
-
宇宙有多大:探索无垠星海的奥秘 在我们仰望星空的那一刻,常常会被浩瀚的宇宙所震撼。无数的星星闪烁着微弱的光芒,似乎在诉说着古老而神秘的故事。然而,宇宙的真正规模和奥秘,却远远超出了我们的想象。本文将带你走进宇宙的浩瀚,探索它的大小、 ... 宇宙探索11-24
相关文章
- 太空科技强国:探索宇宙的未来之路
- 空间站:人类探索宇宙的新前沿
- 利多星智投:从大气层内到宇宙深空的探索——航空航天入门指南
- 实践三十号卫星的成功发谢,为人类探索宇宙奠定了基础
- 探索宇宙的奥秘::从地球到星际的奇幻旅程
- 火星变“地球2.0”要多久?为什么比想象中更难一万倍?
- 人类文明仅1秒,凭什么敢探索138亿年的宇宙?
- 浑天仪:凝聚古人探索宇宙的智慧(字载匠心·惊艳时光的中国智慧)
- 从一束激光到量子奇迹:普通人也能看懂的纠缠实验全解读
- 人类是怎么用望远镜探索宇宙的?背后的原理到底是啥?
- 全国仅十几所!这 5 所天文学强校含金量拉满,探索宇宙就选它们
- 国内天文学三强高校深度解析:A + 学科背后的宇宙探索密码
- 宇宙探索:从火箭到火星的太空旅
- “多维宇宙探索”启幕,2025上海城市空间艺术季浦东分展区点亮张江
- 11部史诗级星际电影:探索宇宙的不同视角你看过几部?
- 探索“多维宇宙”,2025上海城市空间艺术季浦东分展区点亮张江
- 光速飞行未必能逃离银河,人类探索宇宙有多艰难?
- 中微子实验国际合作增进认知 或助力探索宇宙正反物质不对称
- 探索宇宙,亚毫米波不应成为“盲点”
- 你所看到的宇宙,或许只是幻影?全息宇宙理论颠覆认知!
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
