許多人可能都會有這樣的疑惑:地球的體積如此龐大,卻為何沒有墜落?你是否曾思考過:倘若地球決定墜落,它又會往何處墜去呢?

地球的質量高達60萬億億噸,這與重量是不同的概念。重量是在重力場中物體的衡量,在不同的重力場中,相同質量的物體重量會有所不同。舉例來說,6公斤的物體在月球上僅重1公斤,因為月球重力僅為地球的六分之一。
無論到達何處,物體的質量都不會改變,它是物體的物理屬性,是物質的量的度量。度量的標準工具是天平,1000克的棉花與1000克的黃金在質量上是等同的,無論在地球上還是月球上都具有相同的質量。
而在地球上,我們熟悉的上下左右概念,在太空中則不存在。地球上所謂的“下”,實際上是指地心,是地心引力將我們牽引在地表,我們習慣性地稱之為“下”。
然而,在脫離地球的太空環(huán)境中,引力來源的方向即為“下”,與之相對的方向即為“上”,而我們的左手方向就是“左”,右手方向則是“右”。這就是我們人類所界定的上下左右。

在太空艙中,一旦停止加速,宇航員們會進入一種“失重”狀態(tài),在艙內飄浮,不再有上下左右的界限。
然而,飛船內部設施的設定還是讓宇航員能夠感受到上下左右的方向感。如果沒有了上下左右,我們又該如何在太空中辨別方向呢?
事實上,在太空中雖然會經歷“失重”,但這并不意味著完全沒有重力。在太空中,天體的引力影響實際上是無處不在的,只不過這種影響微乎其微,不易察覺。
萬有引力作為一種長程力,在理論上可以作用于無限遠的距離。也就是說,即便到達了宇宙的盡頭,地球的引力仍舊存在。只是隨著距離的平方增加,引力的強度會相應減弱,當距離足夠遠時,這種引力小到無法用最精密的儀器檢測出來。
但在太陽系內,所有天體都在太陽的引力場中運動。太陽系內的行星、矮行星、衛(wèi)星以及無數(shù)的小行星,皆在太陽的引力作用下繞其公轉。
如前所述,人類習慣將受引力作用的方向稱為“下”,因此,地球被太陽引力牽引,向太陽方向公轉,太陽的方向便被稱為“下”。
那么,地球為何沒有墜入太陽的“底部”呢?

速度在此起到了關鍵作用。只有速度帶來的離心力,才能與引力形成的向心力相抗衡。
愛因斯坦的廣義相對論指出,萬有引力僅僅是質量導致時空彎曲的表現(xiàn)。任何物體都會在周圍造成時空擾動,形成時空旋渦和陷阱。路過大質量天體附近的小天體,便會被其時空旋渦吞噬,表現(xiàn)出被引力吸引的現(xiàn)象。

要抵抗這種引力旋渦,唯一的方法就是提高速度,速度越快,越能逃脫引力旋渦。這便是速度的離心力與引力的向心力之間的平衡。
正如一艘試圖擺脫水中旋渦的船只,速度越快,越容易逃脫。
在地球上,存在著三個宇宙速度。第一宇宙速度為每秒7.9公里,達到此速度的物體可以繞地球旋轉,與地球引力達到平衡,既不下墜也不脫逃;第二宇宙速度為每秒11.2公里,這是地球的逃逸速度,達到此速度的物體可以擺脫地球引力,飛向宇宙;第三宇宙速度為每秒16.7公里,這是從地球出發(fā),擺脫太陽引力所需的速度,也被稱為逃逸速度。
為了不被太陽的引力拉入其熾熱的懷抱,地球不得不疲于奔命地逃亡。
地球正以每秒約30千米的高速度運行。這個速度剛好與太陽的引力達到平衡,也就是我們所說的環(huán)繞速度。
根據(jù)太陽和地球的質量與距離計算,地球目前軌道的運動速度為每秒約30千米,是一個環(huán)繞速度。

如果地球的速度達到每秒42.2公里,太陽的引力將無法束縛地球,地球將逃離太陽系。但地球似乎并不急于提升速度以逃離太陽的引力,而是滿足于現(xiàn)狀,圍繞太陽公轉,持續(xù)了四十多億年。
實際上,地球的環(huán)繞速度并非一成不變,會根據(jù)地球與太陽的距離自行調整。
而包括地球在內的所有太陽系行星的公轉速度,都繼承了太陽系形成時吸積盤的角速度。行星們是在太陽形成后,由吸積盤內的殘骸聚集而成。
這些行星保留了吸積盤原有的旋轉角速度,在太空中無阻力的環(huán)境下持續(xù)旋轉,既不能擺脫太陽的引力,也無法墜落。
宇宙中的所有天體都是如此。只有當它們的軌道異常或受到其他引力的擾動,才會偏離軌道,墜向更大的引力源。
正如我們地球每天遭受隕石和流星的撞擊,這些小天體碎片因為不規(guī)則的運動誤入地球的引力范圍,最終被地球引力捕獲。
熱門跟貼