在地球上生活的我們,我們腳踩的大地為“下”,頭頂為“上”,還有“前後左右”這幾個方向,這種說法放在宇宙中行不行呢?且聽我來分析一下。
我們之所以定義腳踩的大地為“下”,是因為地球的萬有引力,因為萬有引力,我們才得以踩在地球上,萬有引力的方向指向地心,所以,我們認為地面是下,“上”就好說了,“下”的反方向就是“上”。
但是,宇宙中是沒有“上下”之分的,在太空中工作的宇航員可以告訴我們答案,他們以自身經歷加以說明,他們平常生活在空間站中,由於在太空中,他們處於失重狀態,因此,無論他們頭朝向哪個方向都不會感覺到難受,簡言之就是沒有方向感。這在地面上就不同了,在地面上倒立的滋味是很難受的。
如果非要給地球定義一個“上下”的話,並不是不可以,不過,這樣的“上下”會讓你覺得很怪異。上面說了,萬有引力的方向是下,那麼地球受誰的萬有引力呢?受太陽的,因為太陽的品質佔據著全太陽系總品質的99.86%,所以,地球的下方就是太陽表面。
有人說,為什麼地球沒有掉到太陽表面上去呢?
因為地球在公轉,公轉的平均速度約為29.783千米/秒。這就可以簡化為一個圓周運動,太陽對地球的引力充當圓周運動的向心力,由於地球在公轉,向心力與離心力達到平衡,因此,地球沒有掉到太陽表面上去。
這就好比在地球上發射一枚炮彈,如下圖,只要炮彈有足夠的速度,成為地球的衛星,炮彈就不會掉在地面上,並且距離地表越遠,受到的地球引力就越弱,所需的環繞速度也就越低,比如距離地面400公里的國際空間站,它的環繞速度大約在7.7千米/秒,而當高度提升至距離地面3.58萬公里時,所需的環繞速度只有3.07千米/秒。
引力在牛頓時代被認為是單純的吸引力,而在現代,廣義相對論解釋引力其實是來自於空間本身的彎曲,空間彎曲是由品質造成的,通俗的理解如下圖,由於早期的太陽星雲遺留下來的旋轉角動量,所以地球才不斷地圍繞太陽公轉,所以才沒有掉進太陽表面。
地球並不是“漂浮”在宇宙中那麼簡單,地球圍繞太陽公轉,太陽系又圍繞著銀河系中心公轉,銀河系又圍繞著室女座星系團的質心公轉。如果從銀河系的層面來看,太陽系圍繞銀河系中心公轉,道理與地球圍繞太陽轉是一樣的,再往更大的層面上推,也是一樣的。
在銀河系中,太陽正帶著地球小弟在銀河系中狂奔,像圖中那樣,而銀河系呢,又帶著太陽系小弟在更廣闊的宇宙空間中狂奔,想想確實挺刺激的,可不是單純的“漂浮”那麼安靜哦。