萬有引力是存在的,但地球為什麼不會墜落?

對我們來說,地球非常重,其質量為59億公斤。那麼,如此重的地球如何懸浮在太空中呢?到底是什麼力量在握住大地而又沒有使它墮落?首先,宇宙中沒有絕對方向,也沒有上下之類的東西。天體分佈在宇宙空間中,沒有絕對的參照系,因此天體的方向是相對而言的。我們可以將地球視為"在太陽之下",反之亦然,即太陽位於"在太陽之下"。在地球上,由於重力的作用,我們會感覺到方向。

萬有引力是存在的,但地球為什麼不會墜落?

地球上的物體在引力作用下朝向地球中心,這正是我們所熟悉的。由於地球是一個球體,因此地球不同部分的"下方"是不一致的,但它將指向地球的中心。

對於在太空中繞地球軌道飛行的宇航員來說,他們處於失重狀態不會感到上下晃動。如果宇航員在密閉的太空艙中,他們將無法分辨哪個方向在"下方"或地球在哪個方向。

儘管宇宙中沒有絕對方向,但從某種意義上說,它可以定義地球的"下方"。太陽的質量遠遠超過地球。前者是後者的333,000倍。太陽的強大引力一直試圖吸引地球。我們可以認為,太陽引力的方向是地球的"下方"。然後問題變成"為什麼地球不落入太陽?"

萬有引力是存在的,但地球為什麼不會墜落?

儘管太陽的引力繼續施加在地球上,但地球不會被過去吸引,因為地球圍繞太陽不斷旋轉,這可以抵消引力的影響。為此,您可以使用"牛頓大炮"進行說明。

想象一下,在地球上沿水平方向發射彈丸,其飛行距離將隨著初始速度的增加而變長。由於重力的作用,炮彈最終會掉落到地面上。但是,如果彈丸的初始速度足夠高,則由於地球是一個球體並且曲面是彎曲的,因此彈丸可以飛行得足夠遠,可以避開地面並且不會掉落到地面,因此可以繞地球旋轉。在沒有空氣阻力的情況下,這些炮彈成為地球的衛星,並繼續繞地球旋轉。這個足夠高的初始速度是第一宇宙速度,約為7.9 km / sec。

只要有足夠的速度,物體就可以繞地球移動而不會被重力吸引到地面。離表面越遠,重力越弱,所需的包絡速度就越慢。例如,高度為400 km(大多數載人航天器軌道)的軌道速度為7.7 km / s,高度為35,800 km。 (地球同步軌道)的軌道速度為3.07 km / s。

萬有引力是存在的,但地球為什麼不會墜落?

同樣,地球以大約30 km / s的速度繞太陽旋轉。這種足夠快的軌道速度可防止地球掉入太陽。地球的軌道速度來自46億年前的原行星盤中的微平面。由於角動量守恆和空間幾乎真空,地球可以繼續繞太陽運行。

萬有引力是存在的,但地球為什麼不會墜落?

如果將銀河系的中心用作參考系,不僅垂直方向看起來會發生變化,而且地球的移動方式也會看起來有所不同。太陽周圍的地球軌道平面與銀河平面之間的夾角為60.2°,銀心的方向變為"下方",這是銀河系中所有天體的共同質心所在的位置。太陽沒有落入銀心,而是因為太陽在星際空間以220 km / s的軌道速度快速行進。


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