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地球重达60万亿亿吨,为什么还能飘在太空中,不会向下坠落?
送交者: jmzjmz[★★★★平凡之人★★★★] 于 2022-09-21 10:13 已读 1401 次 1 赞  

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你有没有想过,重达60万亿亿吨的地球为什么不会往下掉,而是始终保持悬浮状态呢?它的力量来自哪里?人类又是怎么测出地球的实际重量的呢?


实际上,想要测出地球的实际重量并不是一个简单的事情,因为我们不可能在其下方放上一杆秤来称重。而直到1687年,给地球称重这件事才渐渐变成了现实,这一年,牛顿发现和提出了万有引力定律,表明地球所有物体都受到地心引力的影响,并从中得到了引力公式,也就是mg=GMm/r^2,将两边的m给消除,就能得到地球质量M=gr^2/G。其中的m是物体的质量,g为重力加速度,r为两物体之间的球心距。这三个数值都可以很容易测出来,但是牛顿最终没有得到万有引力常数G,所以这时的地球质量还不明确。


等到1798年,英国的物理学家卡文迪许在万有引力定律的基础上,制作了一台精巧的扭秤。他让两个大铅球靠近两个小球,通过小球金属丝的转动角度,来测得二者之间的引力大小。有了这组关键数据,他最终成功算出了万有引力常数G,同时也得到了地球的总重量。而在牛顿力学和万有引力常数的支持下,相关的各种问题也就迎刃而解了。比如月亮、太阳等天体的质量,甚至是银河系和其他星系的重量,都能通过计算得出。那么,为什么如此重的地球可以在太空悬浮呢?



其实,地球的悬浮和太空飞船围绕地球转动的原理差不多。相信很多人都会认为,飞船之所以能在太空悬浮,是因为摆脱了引力的束缚。不过实际上,飞船依然会受到地心力的影响。通常来讲,此时飞船和地表的距离大约在400公里作用,不过地球的半径能达6371千米,所以其实这时的宇宙飞船并未距离地球太远,只是说它受到的引力削弱了90%以上。


不过因为太空飞船还在以每秒数千米的速度横向运动,加上地球表面是弧形的,而地心引力恰好能使太空飞船的飞行轨迹和地球弧线相契合,所以虽然飞船在不断往下坠落,但是不会坠回地表。这个过程中的飞船和宇航员则一直在做自由落体运动,所以会产生失重的感觉。


此前牛顿也曾设想了一种类似的理想大炮。我们知道,假如给予炮弹一个初速度,那么炮弹的轨迹就会如同一条抛物线,最终回到地面。而因为地球是圆的,所以当炮弹的下落速率刚好与地球弯曲的程度相同,那么炮弹就会一直围绕地球转动,不会再落回去,此时炮弹的速度就是宇宙第一速度,约为7.9千米/秒,这也是环绕地球转动的最低速度。


假如我们从地球的角度来看,那么地球上的物体和人造卫星、飞船等受到的是地心引力的影响。不过从太阳系的角度来看的话,这个时候的地球就相当于人造卫星了,而太阳则充当起了地球的角色。事实上,地球也有一个大约为30千米每秒的速度,由于受到太阳引力的作用,所以它可以围绕太阳转动。所以说,太空中的天体本身就不存在方向,也没有上下左右。而假如地球的初速度等于零的话,那么地球的结局就是落回太阳表面。既然如此,那是不是意味着太阳也是在围绕一个东西转动呢?


所有有质量的物体都会产生引力,引力的强度和质量有关。地球可以围绕太阳转,是由于太阳的质量足够大。要知道,光是太阳的质量就占到了整个太阳系的总重量的99.8%以上,而其他所有的天体质量加起来还不足它的1%,在强大的太阳引力影响下,地球和各大行星都无法逃逸太阳系。同样的,太阳系其实本身也围绕着银河系中心的一个点在转动,两者之间的距离大约为2.6万光年。与此同时,银河系则在围绕仙女座星系转动,所以其实整个宇宙始终处于一个动态平衡的状态,各大天体之间相互吸引和影响。


不过,银河系的运转速度不足以克服星系之间的万有引力,所以银河系会逐步接近仙女座星系,并且最终掉入其中,或者说在此过程中和另外一个星系相撞。不过,由于两者间距离过于遥远,这个相遇的一幕可能还得等上38亿年左右。


此外,也有科学家认为,除了引力因素外,暗物质和暗能量可能也是导致天体悬浮的一大原因。虽然说暗物质看不见也观测不到,但是却占据了宇宙物质的68.3%以上。在早前,科学家们就根据万有引力定律发现,处在运离银河系中心的恒星依然受到强劲引力的影响,它们的公转速度极大,这就说明还有其他力量在影响它们,而这股驱动宇宙运动的能量被称之为暗能量。所以说,暗物质和暗能量无处不在,它们所产生的力量,自然可以将宇宙天体悬浮。

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