地球重60萬億億噸,為什麼它可以漂浮在太空,不往下墜落呢

時間 2022-10-06 04:25:57

1樓:火影秩序

從出生到死亡,我們所有人都生活在地球上,因此我們所看到的現象,掌握的規律,我們的常識和直覺都來自於地球表面。

那麼我們在地球上最常會感受到什麼?看到什麼?

最直觀的感受就是,站在地面上有上下之分、有方向感,腳踩的大地是下,頭頂的天空是上;我們整天都會看到比空氣密度更大的物體下落到地面。

所以我們就從中總結出了這樣乙個規律:重物勢必會從高處往低處墜落。

這是為何?因為萬有引力的存在,兩個質量物體之間會產生引力作用,地球會對它引力範圍內的所有物體產生吸引力;

因此在地球上我們可以牢牢的站在地面上,我們的身體器官告訴了我們方向感,有質量的物體會在引力的作用下落向地面。

那麼地球的質量達到了60萬億億噸,如此龐然大物為什麼會漂浮在宇宙空間之中,它為什麼不會一直往下掉?

其實這個問題並不是個問題,只是我們直覺上的一種誤解。

首先在宇宙真空中,根本就沒有所謂的方向,任何空間位置在物理上都是等效的,沒有所謂的上下、左右、前後之分,方向只是人為規定出來的,所以地球「往下掉」,這個問題並不成立。

其次我們需要知道的是,物體為什麼會發生運動?

相信你還記得牛頓第一定律,也就是慣性定律,說的是:乙個物體在沒有受到外力的情況下,它會一直保持靜止或者勻速直線運動,只有受到的淨力不為零的情況下,物體的狀態才會發生改變。

在地球上物體下落到地面是因為這個物體受到了地球給它的引力,而地球在宇宙中的運動狀態就跟它所受到的力有直接的關係。

要是地球在深邃的宇宙空間中,周圍沒有任何天體給地球施加引力的話,那麼我們就會知道地球受到的力就為零。

那麼地球本身就會在宇宙空間中處於靜止,或者勻速直線運動。至於地球會向哪個方向勻速直線運動,這無關緊要,畢竟在宇宙空間中沒有所謂的方向一說。

但我們知道地球並非處在空無一物的宇宙空間,地球是太陽系的一部分,周圍有著太陽以及除地球以外的7大行星,還有一些矮行星和小天體。

這些天體對地球來說,都會施加引力的作用,但太陽本身的質量就佔到了整個太陽系物質的99.8%,因此地球的運動主要受到了中心太陽的引力影響。

所以說地球在宇宙空間中的運動狀態並非是靜止或者是勻速直線運動。它受到了朝向太陽中心的引力作用。

按理來說,地球應該會被太陽引力拉向太陽,並落到太陽表面,像是乙個物體受到地球引力落到地球表面一樣,但真實的情況是:

地球在引力的作用下,繞著太陽沿橢圓軌道運動。為什麼會這樣?

因為地球在受到太陽引力作用的同時,它還有乙個垂直於引力方向的切向速度。這個速度保證了地球在向太陽中心墜落的時候,一直錯過太陽,不會於太陽相撞。

所以我們可以認為地球其實是在宇宙空間中下落,但下落的方向並非我們認為的南極方向或者是北極方向,而是太陽中心的方向。

為了理解這個問題,我舉乙個簡單的例子,這個例子也是牛頓當年做過的乙個思想實驗,這個思想實驗叫牛頓大炮,是人類目前發射繞地衛星的理論基礎。

我們垂直朝上發射一顆炮彈,也就是上圖中綠色的小球,那麼這個小球會受到乙個朝向地球中心的引力,這個引力會導致小球的速度一直衰減,直到為零,然後又開始在引力的作用下加速墜向地球。

因此垂直發射炮彈或者是火箭,是無法逃離地球引力的(至少以人類目前的能力是無法辦到的),也無法讓炮彈在軌道上繞著地球旋轉。

所以想要讓炮彈繞地球轉或者離開地球就需要給炮彈提供乙個水平上的初速度,超前發射炮彈。像下圖中的樣子。

假設在乙個高山上架炮,超前發射炮彈,炮彈在向前飛的時候,會在引力的作用下往地面上落,如果炮彈初速度不夠的話,那麼炮彈就會飛行一段距離砸向地面。如上圖中的a和b。

如果在給炮彈增加更大的初速度的話,當速度達到了第一宇宙速度7.9 km/s,那麼炮彈的軌跡就會變成c;

這是因為地球是個球,它有一定的曲率,炮彈只要擁有了足夠的初速度,那麼它在落向地球的時候,這個速度就會使得炮彈不斷的錯過地球表面,最終繞著地球旋轉。

如果速度再大一點,炮彈的軌跡就會變成d,如果速度再大,達到了第二宇宙速度11.2km/s,那麼它的軌跡就會變成e,直接逃離地球的引力控制。

整個過程就和上圖中的一樣,這就是人類發射繞地衛星的原理,火箭先把衛星垂直推到足夠的高度,然後火箭會與垂直方向有乙個夾角,給衛星提供足夠的水平速度,這樣衛星就可以繞著地球旋轉了。

並不是我們認為的火箭是垂直把衛星送入太空的,如果是這樣的話,衛星還會因為引力而落向地面的。

炮彈(衛星)繞地球的過程就跟地球和太陽一樣,地球也在朝著太陽墜落,但是地球軌道速度保證了地球總是會錯過太陽表面,所以地球不會與太陽相撞。

如果降低地球繞太陽執行的速度,那麼地球的軌道就會發生衰減,它會更加靠近太陽,當地球的速度足夠低,地球就會在近日點落向太陽,與太陽相撞。

如果增加地球的軌道速度的話,那麼它會與太陽錯過的越來越多,也就是軌道變得越來越大,會逐漸的遠離太陽。

這就是《流浪地球》中人類把地球帶離太陽系的原理,給地球加速,它就會離開太陽系。

所以總結一些,地球確實在宇宙中下落,但方向是太陽中心,為什麼不撞向太陽,是因為地球有乙個很高的速度,保證了地球能夠錯過太陽表面。

2樓:技術小輝

因為地球處於太空中,而太空是失重的環境,所以它可以漂浮在太空,不往下墜落。

3樓:微風需要竹林

地球上的物體會往下墜落是因為受到地球的引力,而地球處於太空之中,主要受太陽引力,要墜落也是朝著太陽方向墜落,怎麼會向下墜落呢?實際上地球也並沒有向太陽方向墜落,因為在太陽的引力下,地球以一定速度繞太陽轉動,二者位置相對穩定。

4樓:魔獅迪露

因為太空是真空的,沒有重力這個概念,地球才可以懸浮。

地球重達60萬億億噸,為何能在太空懸浮,不墜落宇宙深淵?

5樓:科學黑洞

人類整個進化歷程全部都是在地球表面上度過,自然難以理解地球「懸浮」在太空中是一種什麼狀態。早期人類不知道地球為什麼有吸引力,只知道不能去高處因為容易墜落受傷。

早期人類對於我們生活的大地並沒有球形的概念,認為是無邊無際的平台,在西元前5-6世紀數學家-哲學家畢達哥拉斯提出地球是圓的假說,當然他也並沒有發現什麼證據,只不過從數學的角度來看球形應該是最完美的。

畢達哥拉斯提出這個假說之後,在一次課堂上還受到了同學的質疑嘲笑,如果我們生活的大地是球形的,那麼對面的人是頭朝下豈不就掉下去了。現代人對於這個問題可以很好地解釋,地球另外一半上的人也沒有頭朝下,因為在宇宙空間中沒有上下之分。但是在那個時代,畢達哥拉斯被難住了,如果大地是球形,那麼另外半球的人該如何生活?

隨著科學技術的發展人類對周圍環境的認知也越來越完整準確。

牛頓在17世紀橫空出世,在物理、數學、光學甚至是經濟學上都取得重要成就,當然也發現萬有引力定律,認為月亮高懸夜空以及讓蘋果瓜熟蒂落的力本質上是相同的,都是萬有引力的效果。

在這裡我們用「牛頓大炮」的理想實驗來說明月亮是如何高懸夜空的。牛頓曾研究過這樣乙個理想實驗,在地球上有一座高山,放上乙個無限動力的大炮。平拋運動大家更該都學過,乙個小球平行丟擲,初速度和距離地面的高度決定小球飛出的水平距離。

當山的高度一定,那麼隨著這個大炮射出炮彈的初速度不同,炮彈飛出去的距離越來越遠,當水平距離超過地球的半徑,那就會出現一種特殊的情況,這顆炮彈一直有下降的趨勢,但是卻永遠都落不到地面之上。

那麼結論就出來了,並非是炮彈懸浮在那裡,而是一直都在「下降」的過程,只不過永遠都落不到地面之上。

同樣的道理,地球看起來是懸浮在宇宙空間中,但實際上並非如此,它也一直在繞太陽公轉,想要一頭落在太陽表面,但是卻永遠都實現不了。如果有一天地球停止公轉,那麼它就不會再「懸浮」,而是一頭紮進太陽的懷抱。

前邊提到了宇宙空間並非是像地面上有前後左右上下之分,宇宙中並沒有下,但是根據地球表面上的下來定義,地球懸浮在宇宙中的下就是受到萬有引力的方向,也就是和太陽連線並指向太陽。問題中所說的宇宙深淵應該也就是受到引力的方向。

在不同層次的天體系統中,都有各自的「方位」,例如地面上的下指的是地心方向,地球的下指的是太陽方向,整個太陽系的下就是銀河系中心的方向,而銀河系又在高速向著巨引源狂奔,那裡可以說是宇宙深淵。

牛頓發現萬有引力定律,但是愛因斯坦的廣義相對論從更加本質的角度詮釋了引力,廣義相對論的核心就是時空彎曲,而引力就是時空彎曲的外在表現。

總結起來就是:時空告訴物質如何運動,物質質量告訴時空如何彎曲。

那也就意味著地球正在彎曲的時空中「沿直線運動」,之所以是橢圓軌道,只不過是時空發生了彎曲而已。宇宙中並沒有所謂的深淵,天體運動只受到萬有引力影響,和地球表面物體向下墜落是相同的道理,都是受到引力作用。

文/科學黑洞,****網路侵刪。

6樓:牧馬人

地球重達600,000億億噸,沒有墜下深淵,而漂浮在太空當中,這也是因為暗物質起的作用,很多的星球比地球還重,依然飄浮在太空中。

7樓:技術小輝

因為太空是失重的狀態,而且沒有上下的概念,所以地球重達60萬億億噸,能在太空懸浮,不墜落宇宙深淵。

8樓:優惠列印影印

何為墜落深淵,我們理解的就是往下掉的意思。對於太陽系而言,日心就是太陽系的深淵,根據萬有引力定律,地球繞太陽公轉,需要的向心力就等於萬有引力。只要地球減慢公轉速度,地球就會墜入太陽。

地球重達60萬億億噸,為什麼漂浮在太空,而不是掉入宇宙深淵?

9樓:鐘銘聊科學

地球的質量5.965×10^24kg,也就是接近60萬億億億噸。但如果我們在從太空上看,就會看到地球好像是懸浮在宇宙空間當中的。

要知道,在地球上對我們很多人而言都有一種感受:東西都會往下掉,那為什麼地球沒有一直可以「騰空」,而沒有掉下去?

萬有引力定律

學過高中物理的童鞋可能會直接回答:這是因為萬有引力造成的。根據牛頓的力學三大定律,我們知道「力是改變物體運動狀態的原因」,地球上的東西會下落,是因為受到萬有引力。

而地球看起來是「騰空」的,是因為地球的「下方」並沒有任何物體吸引它,也就是沒有力拖拽著地球「朝下」運動。地球的「受力」主要來自於太陽的萬有引力。太陽的引力使得地球繞著太陽轉動。

那問題來了,萬有引力又是什麼?

牛頓是看到了東西下落的現象,然後把這個現象叫做引力現象,然後基於觀測,提出的萬有引力定律。根據萬有引力定律,我們知道引力和物體的質量成正比,與距離的平方成反比。

實際上,在牛頓的時代,就有人問過他,萬有引力的本質到底是什麼?

牛頓認為萬有引力是一種超距作用。說白了就是,兩個物體不需要接觸,就可以有「力」的作用,同時萬有引力可以時間瞬間的傳遞,根本不需要傳播的時間。舉個例子,按照牛頓的萬有引力定律,如果太陽突然間消失了,那麼地球也會瞬間沿著軌道的切線方向飛出去。

因為就在太陽消失的那一刻,地球受到的太陽引力也就消失了。

那牛頓這樣的看法到底是對的嗎?

廣義相對論

客觀地說,牛頓的理論在200,300年來,一直都是十分精準的,很符合我們平時觀測的結果。但是,隨著科學技術的發展,人類能夠觀測到的現象越來越多,就發現牛頓理論放在一些尺度下就不太對了。比如,如果是在亞原子級的微觀尺度下,牛頓力學就不夠用了,誤差會非常大。

除此之外,科學家還發現在引力特別強的地方,或者速度特別快的情況下,牛頓的理論也會出現很大的誤差。那麼問題到底出在了**?

愛因斯坦在1905年就提出了他和牛頓完全不同的時空觀。牛頓之所以提出萬有引力定律和牛頓力學是有乙個基礎假設的,那就是他假設空間和時間是分開的,也是剛性的。對於任何運動狀態下的參照物而言,空間和時間都是一樣的,不會隨著運動狀態的改變而發生改變。

說白了,不管你是坐著還是跑步,你看到的一公尺就是一公尺,你感受到的1秒就是1秒。

不過,愛因斯坦就提出了不同的看法,他認為時間和空間應該被統一起來,並成為時空,同時時空可以被彎曲的。不同運動狀態下的人感受到的時空是不一樣的,也就是說你坐著和你跑著,感到的一公尺和一秒實際上是有區別的,只不過這區別實在微乎其微(小數點後16位),以至於你根本感受到這個區別。

基於這樣的時空觀,愛因斯坦在1915年提出了廣義相對論。在廣義相對論當中,愛因斯坦提出,引力的本質是時空的彎曲。還是以太陽為例,太陽由於質量特別大,它就會彎曲周圍的時空。

要知道地球只能貼著時空的測地線運動,這裡的測地線類似於「平面內兩點之間的最多距離」,而時空被彎曲了,因此,地球特別彎曲的時空運動。從我們視角來看,地球就是在繞著太陽運動。

愛因斯坦的這一套聽起來很玄,超出了我們日常的經驗。但是廣義相對論是可以解釋牛頓理論解釋不了的問題,比如:水星進動現象。

不僅如此,廣義相對論還有很多預言後來都被印證了,比如:黑洞,引力波。而我們如今的宇宙學理論也是基於廣義相對論。

更關鍵的是,廣義相對論還被實驗和觀測所佐證。因此,廣義相對論取代了牛頓的萬有引力定律成為了關於「引力現象」最主流的科學理論。

而按照廣義相對論,地球之所以「懸空」本質上是因為它被「時空」給托住了,地球是沿著時空的測地線在運動的。

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