從我們出生之日起，就生活在地球的懷抱中，我們的日常體驗(yàn)和所總結(jié)的規(guī)律，都深深打上了地球的烙印。
在地球上，我們最直觀的感受便是有明確的上下之分和方向感，腳踩的大地是下，頭頂?shù)奶炜帐巧稀?/p>
我們也總是看到比空氣密度大的物體從高處落向地面，這讓我們自然而然地總結(jié)出 “重物勢(shì)必會(huì)從高處往低處墜落” 的規(guī)律 。
而這一現(xiàn)象的背后，是萬有引力在發(fā)揮作用。
根據(jù)萬有引力定律，兩個(gè)有質(zhì)量的物體之間會(huì)產(chǎn)生引力作用，地球質(zhì)量巨大，對(duì)其引力范圍內(nèi)的所有物體都有著強(qiáng)大的吸引力，所以我們能穩(wěn)穩(wěn)地站在地面上，有質(zhì)量的物體也會(huì)在引力作用下落向地面。
然而，當(dāng)我們將目光投向浩瀚宇宙，地球這個(gè)重達(dá) 60 萬億億噸的龐然大物，卻似乎違背了我們?cè)诘厍蛏峡偨Y(jié)出的規(guī)律，它懸浮于宇宙空間之中，并沒有 “向下墜落”。
但其實(shí)，這只是我們基于地球經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生的直覺誤解。
在宇宙的廣袤真空中，與地球表面截然不同，這里根本不存在所謂的方向。任何空間位置在物理上都是等效的，沒有絕對(duì)的上下、左右、前后之分。
方向的概念是人類為了便于描述和理解物體的位置及運(yùn)動(dòng)而人為規(guī)定的。比如在地球上，我們通常將指向地心的方向定義為下，與之相反的方向定義為上；利用指南針，將磁針北極所指的方向規(guī)定為北，進(jìn)而確定其他方向。
在地圖繪制中，也普遍遵循 “上北下南，左西右東” 的規(guī)則 。但這些在地球上行之有效的方向規(guī)定，在宇宙中卻失去了意義。
所以，“地球往下掉” 這個(gè)基于地球方向概念提出的問題，在宇宙的背景下并不成立。這一認(rèn)知的轉(zhuǎn)變，是理解地球在宇宙中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)鍵，也為我們進(jìn)一步探討地球?yàn)楹文茉谟钪嬷斜３脂F(xiàn)有狀態(tài)奠定了基礎(chǔ)。
要深入理解地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就不得不提到牛頓第一定律，也就是慣性定律。
它是物理學(xué)中的重要基石，其內(nèi)容為：一個(gè)物體在沒有受到外力的情況下，會(huì)一直保持靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 。
這一定律表明，力并非維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因素。就像在地球上，當(dāng)我們推動(dòng)一個(gè)靜止的箱子時(shí)，箱子會(huì)由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)槲覀兪┘拥耐屏Ω淖兞讼渥拥倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)我們停止推動(dòng)，箱子會(huì)在摩擦力的作用下逐漸停下來，同樣是因?yàn)槟Σ亮Ω淖兞讼渥拥倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
在地球上，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易受到多種力的影響，如重力、摩擦力、空氣阻力等。
比如，我們向上拋出一個(gè)小球，小球在上升過程中，受到重力和空氣阻力的作用，速度逐漸減小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷改變；到達(dá)最高點(diǎn)后，小球在重力作用下加速下落，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)再次改變 。
然而在宇宙中，情況則復(fù)雜得多。地球并非孤立存在，它處于太陽(yáng)系這個(gè)大家庭中，周圍有著太陽(yáng)以及除地球以外的 7 大行星，還有一些矮行星和小天體 。這些天體對(duì)地球來說，都會(huì)施加引力的作用。
太陽(yáng)作為太陽(yáng)系的核心，其質(zhì)量占到了整個(gè)太陽(yáng)系物質(zhì)的 99.8%，這使得太陽(yáng)對(duì)地球產(chǎn)生了強(qiáng)大的引力影響。
相比之下，其他行星、矮行星和小天體對(duì)地球的引力作用相對(duì)較小。
例如，火星對(duì)地球的引力只有太陽(yáng)引力的百萬分之一左右 ，雖然這種微小的引力在某些情況下可能會(huì)對(duì)地球的軌道產(chǎn)生微妙的影響，但與太陽(yáng)引力相比，幾乎可以忽略不計(jì)。
因此，地球在宇宙中的運(yùn)動(dòng)主要受到中心太陽(yáng)的引力影響 。這就如同拔河比賽中，一方的力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過另一方時(shí)，較弱的一方幾乎無法改變局勢(shì)。在地球與太陽(yáng)的 “引力拔河” 中，太陽(yáng)的引力占據(jù)主導(dǎo)地位，決定了地球在宇宙中的基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
這種引力的作用，使得地球不會(huì)在宇宙中隨意飄蕩，而是被太陽(yáng)的引力所束縛，進(jìn)而引出了地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)這一重要話題 。
為了更形象地理解地球?yàn)楹文茉谔?yáng)引力作用下不撞向太陽(yáng)，而是沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，我們可以借助牛頓大炮這一思想實(shí)驗(yàn) 。
想象在一座高聳入云的高山上架起一門大炮，向水平方向發(fā)射炮彈。當(dāng)炮彈被發(fā)射出去后，它會(huì)受到兩個(gè)力的作用：一個(gè)是地球?qū)λ囊?，方向豎直向下；另一個(gè)是炮彈自身的初速度所帶來的向前的動(dòng)力 。
如果炮彈的初速度較小，那么在地球引力的作用下，炮彈飛行一段距離后就會(huì)落向地面，就像我們?nèi)粘Ｉ钪锌吹降奈矬w被拋出后最終會(huì)落地一樣 。
例如，當(dāng)我們用力拋出一個(gè)石塊，石塊會(huì)在空中飛行一段距離，然后由于重力作用，最終落回地面。在牛頓大炮的實(shí)驗(yàn)中，若炮彈的初速度為 v1，且 v1 較小，炮彈的運(yùn)動(dòng)軌跡可能就像圖中的 a 或 b，在引力的作用下，逐漸偏離水平方向，最終砸向地面 。
隨著炮彈初速度逐漸增大，當(dāng)速度達(dá)到一定程度時(shí)，一個(gè)奇妙的現(xiàn)象發(fā)生了。地球是一個(gè)球體，表面具有一定的曲率，當(dāng)炮彈的初速度足夠大，達(dá)到第一宇宙速度 7.9 km/s 時(shí)，炮彈在下落的過程中，由于其水平方向的速度足夠快，它在落向地球的同時(shí)，地球表面也在不斷地 “彎曲” 遠(yuǎn)離炮彈，使得炮彈能夠不斷地錯(cuò)過地球表面，最終繞著地球做圓周運(yùn)動(dòng) 。
此時(shí)炮彈的軌跡就變成了圖中的 C 。這就好比我們?cè)谝粋€(gè)巨大的圓形跑道上跑步，如果我們的速度足夠快，就能夠一直沿著跑道跑下去，而不會(huì)掉出跑道。
當(dāng)炮彈的初速度繼續(xù)增大，大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度 11.2km/s 時(shí)，炮彈的軌跡會(huì)變成一個(gè)橢圓，如圖中的 D 。在這個(gè)橢圓軌道上，炮彈離地球的距離會(huì)不斷變化，時(shí)而靠近地球，時(shí)而遠(yuǎn)離地球 。這就如同在一個(gè)橢圓形的賽道上跑步，我們與賽道中心的距離會(huì)不斷改變。
要是炮彈的速度再進(jìn)一步增大，達(dá)到第二宇宙速度 11.2km/s 時(shí)，它就能夠擺脫地球的引力束縛，像圖中的 E 一樣，直接逃離地球，飛向浩瀚的宇宙 。這就像是火箭發(fā)射衛(wèi)星，當(dāng)火箭的速度足夠大時(shí)，衛(wèi)星就能夠脫離地球的引力，進(jìn)入太空軌道 。
牛頓大炮的思想實(shí)驗(yàn)，與地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)有著相似之處。
地球在太陽(yáng)引力的作用下，就如同炮彈在地球引力作用下一樣。太陽(yáng)的引力相當(dāng)于地球?qū)ε趶椀囊?，而地球自身具有一個(gè)垂直于太陽(yáng)引力方向的切向速度，這個(gè)切向速度就如同炮彈的水平初速度 。
正是這個(gè)切向速度，使得地球在向太陽(yáng)中心墜落的過程中，一直錯(cuò)過太陽(yáng)，不會(huì)與太陽(yáng)相撞，而是沿著橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) 。
地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道并非是一個(gè)完美的正圓，而是一個(gè)橢圓，太陽(yáng)位于這個(gè)橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上 。地球在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，離太陽(yáng)的距離會(huì)發(fā)生變化，離太陽(yáng)最近的點(diǎn)稱為近日點(diǎn)，最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱為遠(yuǎn)日點(diǎn) 。
當(dāng)?shù)厍蛱幱诮拯c(diǎn)時(shí)，它受到的太陽(yáng)引力相對(duì)較大，運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)相對(duì)較快；而當(dāng)?shù)厍蛱幱谶h(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，受到的太陽(yáng)引力相對(duì)較小，運(yùn)動(dòng)速度也會(huì)相對(duì)較慢 。這種速度的變化，是地球在太陽(yáng)引力和自身切向速度共同作用下的結(jié)果，也是地球能夠穩(wěn)定地繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵 。
總結(jié)
地球在宇宙中看似靜止漂浮，實(shí)則處于永恒的運(yùn)動(dòng)之中，它朝著太陽(yáng)中心的方向下落，同時(shí)又憑借自身的切向速度繞太陽(yáng)做橢圓軌道運(yùn)動(dòng) 。
這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是地球所受的太陽(yáng)引力與自身速度相互作用的結(jié)果，是引力與速度之間精妙平衡的體現(xiàn) 。
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