大家每天生活在地球上,有没有想过一个问题。
地球这么重,为什么在太空中不会掉下去?
地球有多重?
1797年,卡文迪将两个小铅球和大铅球,分别固定在扭秤两端,并且中间放置一枚镜子,此实验基于牛顿提出的万有引力定律,卡文迪做这个实验想干嘛?他想测出地球的重量。
为了避免其他因素的干扰,卡文迪特意创造了一个密不透风的房间,并且用望远镜观测,又因为铅球之间的引力十分微弱,肉眼几乎难以发现,于是卡文迪在扭秤中间装了枚镜子,利用镜子反射法,巧妙的放大了金属球引力之间的影响,大概操作是通过平行光照射镜子在地面投射的光点,观察移动数据后量化扭秤的微小偏转。
F=GMm/r^2。
通过实验,卡文迪得出G=(6.754±0.041)×10N^-11·m^2/kg^2,在后续的计算中,得出地球质量约5.977x10^24kg,和现代科学家精确计算的5.965x10^24kg基本差不多。
既然地球约60万亿亿吨重,为什么能悬浮在太空中?
人为什么跳起来后,又会重新落到地面,因为地球有引力,那么地球呢?
在太阳系中,地球和其他行星都围绕着太阳运转,如果根据引力大小来讨论,地球在受太阳引力的情况下,应该被太阳吸引过去才对。
再来说说在近地轨道的航天器,为什么它们受地球引力后不会掉下来,能一直飘在空中?
答案是速度,当航天器的速度达到宇宙第一速度时,它就可以跟抵消地球引力,从而一直运转在近地轨道。
地球和太阳之间也是如此,虽然地球受太阳引力影响,但地球有一个初始速度,刚好抵消了太阳的引力,所以地球一直绕着太阳做椭圆轨道运动,但并不会向太阳中心坠落。
新的解释:时空扭曲
1915年,爱因斯坦表示一个物体的质量足够大,它就可以弯曲周围的时空,这是对引力的另一种全新解释。
当物体质量能很明显的弯曲时空后,周围的物体会沿着弯曲路径做运动,从肉眼来看,跟此前的引力运动一样。
如果不明白可以看下图,非常通俗易懂。
在爱因斯坦狭义相对论当中,他将时间和空间统一,并且认为物体的质量能扭曲时空,造成我们肉眼看不见的凹陷地带,其他物体绕着凹陷区域边缘运动,例如占据了整个太阳系质量99.86%的太阳,它在整个太阳系中都造成了巨大的时空凹陷区,太阳系天体绕着凹陷边缘运动。
问题又来了,如果物体质量大到扭曲时空,就会形成一个类似漏斗的空间,周围物体应该朝漏斗中心坠落才对,但因为被吸引物体的本身存在原始作用力,所以一直保持着转动状态,外表看上去在公转。
从爱因斯坦的角度出发,地球是被时空“锁”住的,所以地球并不会无缘无故的坠落,而从牛顿的观点来看,地球是被太阳的引力锁链给“锁”住了,所以地球在围绕太阳做椭圆运动,这股力量不消除,地球也不会无缘无故掉落,并且在宇宙空间内,没有上下左右之分,只是改变了运动轨迹而已。
太阳系呢?
太阳在围绕银河系中心转动,公转周期约为大约220~250百万年左右,按照上面的说法,银河系中心肯定也有一个质量超大的物体扭曲了时空。
据现有的科学技术观测得知,银河系中心存在一个质量超大的黑洞,在吸引银河系所有天体围绕着银河系中心旋转。
银河系呢?
银河系和其他星系组成了本星系群,本星系群和室女座星系团、大熊星系团以及50个左右较小的群和团,组成了“室女座超星系团”。
室女座超星系团(银河系所在的超星系团)、长蛇-半人马座超星系团和孔雀-印地安超星系团共同组成了直径高达5.2亿光年的拉尼亚凯亚超星系团。
据观测,银河系正在被长蛇座与半人马座方向吸引,这里存在一片引力异常区域,经过X射线望远镜穿透尘埃确认,在距离地球大约为1.5亿光年至2.5亿光年左右,长蛇座与半人马座的矩尺座星系团内有一个巨引源。
它吸引着无数星系朝中心移动,原本是分散的区域,如今拉尼亚凯亚超星系团这么多星系都朝巨引源汇聚,会不会发生大碰撞,最后被巨引源吞噬?
目前银河系向巨引源狂奔的速度高达每秒600公里,照这个区域,银河系早晚有一天会“跌落”其中,但大家不用担心,宇宙正在膨胀,膨胀速度大于银河系朝巨引源的移动速度,所以银河系或许永远不可能“跌落”巨引源中心。
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