地球质量达到60万亿亿吨,为何可以漂浮太空而没有坠落?

宇宙时空探索 2024-11-14 15:11:53

有人曾困惑不解:我们所居的地球重量巨大无比,为何它不沉入虚空?你有没有思考过这样的问题:假设地球想要沉落,它又该往何处沉去呢?

地球的质量高达60万亿亿吨,然而这并非重量。重量仅在重力环境下有意义,同一物体在不同的重力环境下重量会有所不同。举例来说,6公斤的物体在月球上仅有1公斤重,因为月球的重力仅为地球的六分之一。

质量是物体固有的物理属性,恒定不变,它是物质的量度,量度工具是天平。无论在地球上或月球上,1000克的棉花与1000克的黄金在量上是等同的。

在我们的日常生活中,上下左右是司空见惯的概念,然而在太空中,这些方向并无实际意义。

在地球上,所谓的“下”是指地心,是地心引力拉扯我们所致,这也被称为重力,它让我们无法脱离地球。我们习惯上将此称作“下”。

但若脱离地球,任何引力来源的方向便是“下”,与之相反的方向自然就是“上”,而我们的左手方向便是“左”,右手方向便是“右”。这便是人类对于上下左右的定义。

在太空船内,一旦停止加速,船员们会进入一种“失重”状态,并在舱内漂浮。在这种情况下,上下左右的划分便失去了意义。

但船员们依旧能够感知上下左右,这源于飞船内部设施为人们设定了方向参照。

在不存在上下左右的太空中,地球又怎能“下沉”呢?谁能为我指明,太空中的方向应该如何确定?

实际上,虽然太空中物体会“失重”,但这并不意味着完全失去了重力。严格来说,太空中遍布着各式各样天体的微弱引力影响,只不过这些影响过于微小,我们不易察觉而已。

万有引力作为一种长程力,其作用范围在理论上是无限的。也就是说,即便到了遥远的天边,地球的引力依旧存在。只不过随着距离的平方增长,引力迅速减弱,到了一定距离,哪怕是最精密的仪器也测不出来。

然而在太阳的引力范围内,一切都受太阳引力的控制。太阳系的行星、矮行星、卫星以及无数的小行星,都是在太阳的引力作用下围绕其旋转。

我们把受引力源影响的方向称为“下”,因此,当地球受太阳引力作用时,太阳的方向便是“下”。

但为何地球没有坠入太阳的“下方”呢?

速度与引力之间的抗衡在此起到关键作用,离心力是与引力形成的向心拉扯力相平衡的唯一方式。

根据爱因斯坦的广义相对论,万有引力只是质量导致的时空弯曲的表现。任何物体都会在其附近造成时空扰动,形成时空旋涡和陷阱。经过大质量天体的小天体,会被大天体的时空旋涡吞噬,显现出的现象就是引力吸引。

与引力旋涡抗衡的唯一方式便是速度。速度越快,越能逃脱引力旋涡。这就像水中的船只,速度越快越能逃离水流的旋涡。

在地球上,有三种速度值得注意:第一宇宙速度为每秒7.9公里,此速度能使物体围绕地球旋转,与地球引力达成平衡;第二宇宙速度为每秒11.2公里,这是地球的逃逸速度;第三宇宙速度为每秒16.7公里,这是从地球位置逃离太阳引力的速度,也被称为逃逸速度。

为了不被太阳拉向其热烈的怀抱,地球不得不疲于奔命地逃离。

地球正以每秒约30千米的高速运行,但这个速度仅与太阳引力达成平衡,是环绕速度。

根据太阳与地球的质量及距离计算,地球在当前轨道上的运动速度约为每秒30千米,即环绕速度。

如果地球的秒速度达到42.2公里,太阳引力将无法束缚地球,地球将逃离。但地球似乎并不急于提升速度来逃离太阳引力,满足于现状,围绕太阳公转,这样的状态已经持续了四十多亿年。

实际上,地球的环绕速度并非固定不变,会根据地球与太阳的距离自动调整。

而地球和其他太阳系行星的公转速度,继承了太阳系形成时吸积盘的角速度。行星由太阳形成后的残骸聚集而成,继承了吸积盘的旋转角速度。

这些天体保留了原有的旋转角速度,在无阻力的太空中持续旋转,既无法逃脱太阳引力,也无法坠落。

宇宙中的所有天体皆是如此,只有当它们的轨道出现异常或受到其他引力的扰动时,才会偏离轨道,坠向更大的引力源。例如,地球每天都遭受陨石和流星的撞击,这些是小天体碎片不按规则运动,误入地球引力圈并被捕获的结果。

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