地球重60萬億億噸,為何能飄在太空?

在空蕩蕩的宇宙中,地球為什麼不會飄跑呢?地球的總質量高達60萬億億噸,什麼力量在支撐地球懸浮在太空中,而不會往下掉呢?

每當提及這個問題,有些人可能會說太空中壓根沒有下面,要往哪裡掉?但事實上,太空也有下面,取決于我們選擇哪個參照系。地球能夠飄在太空中,跟沒有下方無關。

之所以地球不會飄跑,是因為太陽的引力作用在地球上,束縛住地球。如果沒有太陽,地球就會漫無目的地在星際空間中流浪,成為一顆流浪行星,天文學家目前已經發現了不少沒有主恒星的孤立行星。

根據牛頓的萬有引力定律,太陽對地球的引力作用方向為朝向太陽中心。在太陽強大引力的作用下,無論是地球,還是其他太陽系天體,本應該都會掉到太陽中。整個太陽系的最下方位于太陽中心,那麼,為什麼地球不會掉下去呢?

原因在于地球在快速運動,相對于太陽而言,地球的轉動速度可達每秒30公里。在這麼快的軌道速度下,地球不會被太陽吸進去。按照中學物理的說法是,太陽對地球施加的引力恰好充當地球公轉運動的向心力。如果給地球施加一個與公轉方向相反的力,使地球的公轉停下來,地球就會豎直掉向太陽。

在地球上,由于地心引力的作用,物體都有掉向地心的趨勢,地心就是我們所認為的最下方。但由于地球是個球體,所以在地球上的不同地方,「下」的絕對方向並不是一致的,只是都是朝向地心。

如果地球上的物體也要像地球那樣飄浮在太空中,也需要以非常快的軌道速度繞著地球旋轉。根據牛頓力學計算可知,在距離地表400公里的太空中,飛船需要以每秒7.7公里的速度繞行,才能飄在太空中,不被地球引力拽下來。

不同級別的宇宙結構,有著不同的下方。對于銀河系而言,最下方在銀河系中心,這是所有銀河系天體共同產生的一個引力中心。太陽系距離銀心大約2.6萬光年,為了避免掉進銀心中,太陽需要帶著整個太陽系以每秒220公里的速度繞著銀心轉動,轉一圈所需的時間長達2.3億年。

銀河系處在本星系群中,這個結構跨度1000萬光年,其中包含數十個星系。在本星系群附近,也有其他星系構成的星系群和星系團,比如禦夫座星系群、波江座星系團,它們構成了室女座超星系團,這個更大結構的跨度可達1.1億光年。

包括銀河系在內,這些星系都在掉向一個神秘的宇宙「深淵」——巨引源。這個位于2億光年外的引力中心,質量高達銀河系的數百萬倍,它的強大引力吸引著數億光年范圍內的星系。

根據宇宙微波背景輻射的測量結果,銀河系正以每秒630公里的速度掉向巨引源,預計700億年後到達。但考慮到宇宙空間正在加速膨脹,巨引源正逐漸遠離我們而去,銀河系也許永遠也不會到達那裡。

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