在地球上生活的我们,我们脚踩的大地为“下”,头顶为“上”,还有“前后左右”这几个方向,这种说法放在宇宙中行不行呢?且听我来分析一下。
我们之所以定义脚踩的大地为“下”,是因为地球的万有引力,因为万有引力,我们才得以踩在地球上,万有引力的方向指向地心,所以,我们认为地面是下,“上”就好说了,“下”的反方向就是“上”。
但是,宇宙中是没有“上下”之分的,在太空中工作的宇航员可以告诉我们答案,他们以自身经历加以说明,他们平常生活在空间站中,由于在太空中,他们处于失重状态,因此,无论他们头朝向哪个方向都不会感觉到难受,简言之就是没有方向感。这在地面上就不同了,在地面上倒立的滋味是很难受的。
宇航员
如果非要给地球定义一个“上下”的话,并不是不可以,不过,这样的“上下”会让你觉得很怪异。上面说了,万有引力的方向是下,那么地球受谁的万有引力呢?受太阳的,因为太阳的质量占据着全太阳系总质量的99.86%,所以,地球的下方就是太阳表面。
有人说,为什么地球没有掉到太阳表面上去呢?
因为地球在公转,公转的平均速度约为29.783千米/秒。这就可以简化为一个圆周运动,太阳对地球的引力充当圆周运动的向心力,由于地球在公转,向心力与离心力达到平衡,因此,地球没有掉到太阳表面上去。
地球围绕太阳转
这就好比在地球上发射一枚炮弹,如下图,只要炮弹有足够的速度,成为地球的卫星,炮弹就不会掉在地面上,并且距离地表越远,受到的地球引力就越弱,所需的环绕速度也就越低,比如距离地面400公里的国际空间站,它的环绕速度大约在7.7千米/秒,而当高度提升至距离地面3.58万公里时,所需的环绕速度只有3.07千米/秒。
示意图
引力在牛顿时代被认为是单纯的吸引力,而在现代,广义相对论解释引力其实是来自于空间本身的弯曲,空间弯曲是由质量造成的,通俗的理解如下图,由于早期的太阳星云遗留下来的旋转角动量,所以地球才不断地围绕太阳公转,所以才没有掉进太阳表面。
空间弯曲
地球并不是“漂浮”在宇宙中那么简单,地球围绕太阳公转,太阳系又围绕着银河系中心公转,银河系又围绕着室女座星系团的质心公转。如果从银河系的层面来看,太阳系围绕银河系中心公转,道理与地球围绕太阳转是一样的,再往更大的层面上推,也是一样的。
示意图
在银河系中,太阳正带着地球小弟在银河系中狂奔,像图中那样,而银河系呢,又带着太阳系小弟在更广阔的宇宙空间中狂奔,想想确实挺刺激的,可不是单纯的“漂浮”那么安静哦。
文/科幻船坞