重达60万亿亿吨的地球,为什么不掉下来,而是飘在太空中?

地球上的生命发展繁衍38亿年之久,经过无数次的生物灭绝以及新物种的出现,到今天为止地球上共有180多万个物种,它们分布在不同的生态系统中,高山湖泊、海洋沙漠、森林极地生命无处不在。除了一些鸟类以及昆虫类进化出飞行的能力,大部分的物种都是生活在陆地和海洋,对于高空有着本能的恐惧。

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这一点对于恐高症患者来说尤其严重,19世纪牛顿发现万有引力定律,诠释了万物相互吸引的现象,月亮可以高悬空中而不是掉落下来,本质上就是万有引力提供了向心力。

在我们的常规思维中,物体漂浮在空中是难以置信的现象,但是随着发展人类也发明设计出各种各样的飞行器,利用流体气压的变化,让物体飞上高空。但是很多人仍旧好奇,太空是空的没有任何支撑,为何地球可以一直漂浮而不掉落下去?接下来我们从本质上来了解一下。

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牛顿大炮

这是一个很有意思的思维实验,在高中的物理课程中大家应该都学习过平抛运动,最终小球会以抛物线的轨迹落到地面上,着陆点和出发点的距离由两个因素来决定,第一是小球出发的速度,第二点是出发点的高度。其实可以看到,在这个简单的模型中小球受到的力只有重力(这里忽略摩擦力的影响)。

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从这个简单的模型出发,牛顿有一个理想的思维实验,被后人称之为牛顿大炮。在一座高高的山上架一座大炮,在这里大炮的动力十足想要多大就能多大,其次是高山的高度是不变的,那么炮弹最终的落点和山的水平距离就取决于大炮的初始速度。如果初始速度很小,那么炮弹最终的着陆点就会在山脚,随着速度的增加,炮弹飞行的距离会越来越远,直到某一次炮弹将无法落到地面上,它会一直绕着地球运动。

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这种情况大家应该很熟悉的,例如地球上发射火箭当速度超过第一宇宙速度就可以飞出地球绕着地球运动,只要可以维持着速度不变,那么飞行轨道就不变,当然这里要忽略大气层的阻力影响,实际情况下飞行器自身要携带燃料,保证自己的速度不变才能维持着自己的飞行轨道。

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地球为何飘着?

现在大家应该可以理解地球为何飘浮在太空了,太阳系八大行星地球是其中之一,所有的大行星都在以太阳为中心以椭圆轨道在进行公转,如果有一天地球的公转速度变为零,那么它将不会继续漂浮在太空中,而是一头扎向太阳的怀抱,最终被燃烧殆尽,从这个角度来看地球是可以掉落下去的,只不过从地球的角度来看它的下方就是地球和太阳的连线并且指向太阳。

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在地球上受到万有引力作用,所有物体都贴在地面上,从我们的角度来看,所谓的下指的就是地球核心的方向。如果进入整个太阳系,那么太阳系的“下”,就是所有天体指向太阳的方向。

从另外的角度来思考,我们可以说地球并非是漂浮在太空中,它时刻都有着坠落下去(掉向太阳”的趋势,只不过像牛顿大炮思维实验一样,地球一直都在往下着落,只不过一直都碰不到太阳而已,这就是万有引力提供了向心力。当人类进入外太空,就可以俯瞰地球的美丽,这个时候不再需要担忧会掉落下去,因为已经处于失重状态,重力提供了向心力。

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太阳系和银河系同样如此

宇宙中的天体没有绝对的静止,从不同角度来看所有的天体都在运动,地球加上其它七大行星绕着太阳进行公转,从这个角度来讲太阳处在静止状态。但实际上太阳系如果静止了,那么它同样会掉落下去,只不过这个“下”指的就是银河系中心位置,那里有超大质量黑洞,所有的恒星都在绕其运动。

重达60万亿亿吨的地球,为什么不掉下来,而是飘在太空中?

太阳系位于银河系的一条旋臂之上,距离银河系中心大约2.6万光年之久,太阳带着所有系内成员以每秒240公里的速度绕着银心运动,大约是2.5亿年绕银心一周。

银河系同样如此,它还有更大的天体系统,例如本星系群,在这里存在50多个星系,银河系就是其中之一,银河系绕着本星系群的中心在运动。本星系群内还有大家熟知的仙女座星系,它正在高速向银河系飞来,科学家预计仙女座星系和银河系会在30-40亿年后开始碰撞融合。

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说在最后

天体运动实际上还颇有哲理,就像是人生,如果一动不动贪图享乐最终只能越陷越深,只有不停的折腾才能保持现在的位置,或者有更好的发展。


文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

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