07-24
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導語
早在46億年前，地球這顆行星就在宇宙中誕生了。這顆藍色星球經(jīng)過漫長歲月的演變誕生出了生命。
而人類則是在地球這個大家園里生存繁衍發(fā)展了數(shù)百萬年。通過一代又一代人對于地球的探索發(fā)現(xiàn)，我們也漸漸地對地球也有了較為深入的了解。
相信一定有人好奇過，為什么我們的地球可以像日常生活中的氣球般漂浮在太空中而不下落呢？
地球自轉(zhuǎn)
在1972年12月，美國阿波羅17號的宇航員在返回地球的途中拍下了地球的全貌，照片中，一顆藍色星球靜靜地懸浮于太空中。
在這之后，在人類探索宇宙的活動里拍攝的其他照片中，我們看到不僅僅地球“懸浮”在太空之中，太陽系的其他天體也與地球一樣“懸浮”在太空之中。
看到這些照片不禁引起我們思考，如此龐大的地球周邊沒有任何東西支撐，卻為何能夠懸浮在太空之中呢？
漂浮在宇宙中的地球
在此之前，英國科學家卡文迪許在1798年運用扭秤成功測量出了引力常量的數(shù)值，這一發(fā)現(xiàn)不僅證明了萬有定律的正確性同時也間接測量出了地球的質(zhì)量為5.98*10^24kg，也就是60萬億億噸。要知道地球上小小的一根羽毛被拋起之后，最終都會降落回到地面上。而重達60萬億億噸的地球卻為何能夠“懸浮”在宇宙中不會向下墜落？
萬有引力定律公式
地球的組成結(jié)構圖
要知道我們的地球并不是在太空中一動不動，而是以29.8km/s的速度在一定軌道上圍繞著太陽運動，而地球圍繞著太陽之所以能夠做著周期性的圓周運動，正是因為太陽質(zhì)量在太陽系總質(zhì)量中占比99.86%，整個太陽系的質(zhì)量中心位于太陽。質(zhì)量越大，引力則越大。
不過雖然太陽具有巨大的引力，但是地球本身具有自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，而離心力和太陽對地球產(chǎn)生的強大引力形成了平衡，導致地球會圍繞太陽以一年一圈的速度進行公轉(zhuǎn)運動。所以我們完全不用擔心地球會被太陽產(chǎn)生的強大引力吸到其體內(nèi)。
地球繞太陽公轉(zhuǎn)
地球不向下墜落的原因是什么呢？?
我們根據(jù)萬有引力定律可知為什么地球不是懸浮在太空中。
萬有引力定律統(tǒng)一了地球物體的運動規(guī)律和天體的運動規(guī)律，是牛頓在17世紀提出的一個科學理論，也是近代自然科學界最偉大的成果之一。
該定律提出引力是普遍存在的，所有物體之間都以引力相互吸引，這種引力的大小直接取決于兩個物體的質(zhì)量。引力的相互作用不僅僅存在于地球和其他物體之間，同時也存在于太陽和其他行星之間。
牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力
“牛頓大炮”實驗
著名物理學家牛頓曾經(jīng)還發(fā)現(xiàn)扔出去的石頭再次落回地面時，運動軌跡會與扔出去的方向產(chǎn)生偏離。于是他提出了一個很巧妙的理想實驗。
牛頓假設在地球的一座高山上面，架設一座水平大炮，將炮彈發(fā)射出去時，地球的重力會拉動它，炮彈便會落到地面上。但是炮彈并不是在發(fā)射的瞬間落在地面上的，因為發(fā)射炮彈的前進動力在它落到地面之前將其向前推了一段距離。
而我們再次以更快的速度發(fā)射炮彈，這次炮彈落在地面之前前進了更遠一段距離。因此他認為炮彈的發(fā)射速度可以影響地球?qū)ε趶椀囊Α?div style="height:15px;">
牛頓大炮實驗
如果炮彈的發(fā)射速度足夠快，達到與地球產(chǎn)生的引力可以互相制衡的臨界點時，炮彈很有可能就會圍繞著地球旋轉(zhuǎn)而不會掉落在地面上。
人們將這個著名的理想實驗稱為“牛頓大炮”，這個思想實驗現(xiàn)如今已經(jīng)變成了現(xiàn)實。目前我們用于發(fā)射衛(wèi)星的火箭就是應用牛頓的推論，加上現(xiàn)代科技制成的。
中國長征6號火箭
地球擁有足夠的速度
了解了這個實驗后，我們同比地球與太陽就不難知道，地球能夠圍繞太陽運動便是因為自身的離心力產(chǎn)生了相當快的速度，導致地球能夠圍繞太陽進行公轉(zhuǎn)運動。
地球圍繞著太陽運動，受到太陽的引力向著太陽方向墜落，卻沒有墜入太陽，而是圍繞著太陽沿著一定的軌道周而復始的運轉(zhuǎn)。我們建造的人造衛(wèi)星便是根據(jù)這個原理設計而成的，人造衛(wèi)星圍繞著地球公轉(zhuǎn)的速度為11.2km/s，這個速度可以讓其保持公轉(zhuǎn)而不墜入地球。
地球同步衛(wèi)星
而地球不墜入太陽則是因為地球?qū)⒔?0km/s的自轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生的離心力足夠與太陽產(chǎn)生的引力相互抗衡。
太陽系中其他的行星也是一樣，比地球距離太陽更近的天體需要達到更快的公轉(zhuǎn)速度才能保證不會墜入太陽中。
如果地球不是圍繞著太陽墜落，它就會在自己的慣性作用下瘋狂地飛出軌道。我們太陽系中的所有行星都在圍繞太陽墜落，但因為它們的速度足夠快，因此不會撞上太陽。
太陽系八大行星
愛因斯坦廣義相對論
1915年，愛因斯坦發(fā)表的廣義相對論是現(xiàn)代物理學對引力的最新描述。他的狹義相對論認為，時間和空間應該是統(tǒng)一的，是一個平直的四維時空。而廣義相對論則是關于萬有引力本質(zhì)的理論，認為時空背景是彎曲的。
從愛因斯坦的廣義相對論也可以解釋地球為什么不向下墜落。因為太陽周圍的時空是彎曲的，所以地球沿圍繞著太陽運轉(zhuǎn)。
愛因斯坦認為的時空彎曲
也就是說，地球并不是受到太陽引力的影響，而是沿著彎曲的時空運動。而空間的彎曲并不會讓地球向下運動，同時地球的下方也沒有其它力的存在，所以地球也就不會向下墜落。
其他觀點
然而，有另一些科學家卻有著不一樣的觀點。他們的觀點認為，除了牛頓所提出的萬有引力以及愛因斯坦的廣義相對論之外，太空中神秘的暗物質(zhì)和暗能量也是天體“懸浮”的原因之一。
雖然這些神秘的暗物質(zhì)對于我們?nèi)祟惸壳皝碚f是看不見和摸不著的，但它卻被這些科學家認為是龐大的宇宙體系中的重要組成部分。
太空中的暗物質(zhì)
既然它目前對我們來說是看不見的、無法測量的，為什么那么多科學家卻又能確定它的存在呢？
根據(jù)上面我們所提到的牛頓萬有引力定律，質(zhì)量越大的物質(zhì)就會對質(zhì)量越小的物質(zhì)產(chǎn)生越大的引力。既然如此，如果行星離恒星越遠，那么引力應該就會越小。
然而，經(jīng)過長時間的觀察，有一部分科學家發(fā)現(xiàn)遠離銀河系中心的恒星卻并不遵循萬有引力定律。
銀河系
根據(jù)觀察，它們所受到的引力更大并且旋轉(zhuǎn)速度也更大，這說明它們除了受到銀河系中心的引力之外同時也受到一種神秘力量的影響。
所以科學家們將這種能產(chǎn)生神秘能量的物質(zhì)稱之為暗物質(zhì)，而暗能量則是一種能夠驅(qū)動宇宙運動的能量，它比暗物質(zhì)更加神秘也更加危險。
根據(jù)最新的觀測數(shù)據(jù)，暗能量占據(jù)了整個宇宙成分的68.3%，而暗物質(zhì)則占據(jù)了宇宙26.8%。所以科學家分析這種宇宙中隨處可見的物質(zhì)極有可能也是成為“托舉”宇宙中各個天體的因素之一。
宇宙成分組成
如果沒有引力，我們的世界會變成什么樣？?
在介紹完地球為何能夠“懸浮”在空中以后，可能又會有人比較好奇，那如果我們這個世界失去了牛頓口中的萬有引力會發(fā)生什么呢？那小編就帶著大家大膽假設一下。
假如有那么一天，可能大多數(shù)人想到的是我們的世界失去了萬有引力，那么我們每個人都無法在世界上正常行走，不論是貫口里所說的“天上飛的、地上跑的、草地里蹦的”還是我們眼中的萬物都將失去與地球的聯(lián)系，成為漂浮在宇宙中宇宙塵埃的一份子。
漂浮的人類
但是真實情況只會比很多人想得更加恐怖。到時候我們所賴以生存的空氣、水都將因為失去了引力而不會再附著于地球之上。
隨之而來的是我們每個人都只能漂浮于沒有空氣的宇宙之中，并且慢慢被宇宙分解為原子。
每個恒星與行星之間的聯(lián)系也會失去，恒星與銀河系之間的聯(lián)系也會消失。最終整個宇宙會處于一片混沌之中。
既然后果如此危險，那么未來某天有沒有可能真的會發(fā)生這樣的情況呢？根據(jù)科學家的測算，這種情況是有一定的可能性的。
宇宙中的小行星
因為我們位處的宇宙大多數(shù)地方都有暗物質(zhì)的存在。而暗物質(zhì)會讓宇宙不斷地膨脹，如果未來有一天宇宙膨脹到極限，那么就有可能發(fā)生失去引力的情況。到時候?qū)τ谡麄€宇宙來說都將是滅頂之災。
但是我們也并不用擔心這種情況會危害到我們?nèi)祟?。因為我們現(xiàn)在以及未來的上萬年的漫長歲月里都不會出現(xiàn)這種情況。
宇宙中天體的運動
小結(jié)?
至此，我們已經(jīng)解開了題目中的問題，正是因為宇宙萬物都有引力的存在，物體之間會相互吸引，所以地球才會因為太陽系的引力沒有“墜落”，而我們也因為有地球引力的存在能夠在地球上安逸地活著。雖然我們?nèi)祟愐呀?jīng)存在了七百萬年，并且對于宇宙的探索也從未停止過，可是對于整個宇宙來說我們的地球以及我們?nèi)祟惗疾贿^是滄海一粟中的滄海一粟罷了。
廣袤的宇宙
但是那又怎么樣呢？我們?nèi)祟愅ㄟ^多年來一代又一代人的智慧，我們從二十四節(jié)氣開始便尋找“天”的規(guī)律。
直到現(xiàn)在我們能通過自身智慧與勤勞雙手去探索宇宙，去一點一滴地發(fā)現(xiàn)宇宙中的各種奧秘，我相信未來有一天我們終將能夠揭開宇宙的神秘面紗。
編 輯：歲月如歌
圖文來源：網(wǎng)絡
制作時間：2021年7月24日
