綜述
在中國古老的神話之中，盤古開天辟地，使輕氣上升，濁氣下降，形成了天地。 大地穩固地待在宇宙的中心，而周圍的日月星辰，都漂浮在九天之上，圍繞大地旋轉。雖說古人的世界觀如今看起來稚嫩可笑，但人家的設想並沒有違背常理。
Tips：地心說的起源非常早，最初由米利都學派形成初步理念，後由古希臘學者歐多克斯提出，經亞里斯多德完善，又讓托勒密進一步發展成為「地心說」。他們認為地球是靜止不動的，而且處於宇宙的中心。
重的東西待在宇宙的底部，輕的東西漂浮在外，一切都沒有違背邏輯。直到自然科學出現之後，古人對宇宙的各種設想都化為了泡影。 公元前五世紀，古希臘哲學家畢達哥拉斯發現，地面其實是有弧度的，所以大膽猜想地球其實是圓形的，而不是一個存在邊界的平面。
不是所有日月星辰都圍繞地球轉
1522年9月6日，一艘飽經風霜的帆船繞著地球一周回到了出發點葡萄牙。麥哲倫終於用實際行動，向大家證明了地球是圓的，它們下船時，歡呼的人群中，有人手裏舉著制作精美的地球儀。
Tips：1519年—1522年9月，麥哲倫率領船隊完成環球航行，在環球途中於菲律賓死於部落沖突中，被一位名為拉普拉普的部落酋長殺死。船隊在他死後繼續向西航行，回到歐洲，並完成了人類首次環球航行。
而到了1543年5月24日，壽終正寢的哥白尼，收到了出版社遲來的訊息，它的著作【天體執行論】終於出版了。自此，人類終於對宇宙的真相窺見一二。
我們知道了世界的中心其實是太陽，而地球和其他天體都沿著固定的軌域，繞著太陽周而復始地旋轉。 但是為什麽會旋轉？動力和背後的機制究竟是什麽，還沒有人能說得上來。
Tips：1514年5月，哥白尼寫成了【天體執行論】，創立了「日心說」，推翻了「地心說」。它認為太陽是宇宙的中心，而不是地球。
世界上第一個精確記錄了行星軌域運動的人，是丹麥天文學家第谷，他用了20年的時間觀測天體運動，留下了大量的觀測記錄。
有些恒星的移動，都被他觀測記錄了下來，編成了恒星年表。 克卜勒在研究了他的觀星記錄之後，推算出了圓周的運動規律，也就是著名的克卜勒三定律。
克卜勒定律
Tips：克卜勒定律是關於行星環繞太陽的運動。所有行星繞太陽的軌域都是橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上。行星和太陽的連線在相等的時間間隔內掃過的面積相等。所有行星繞太陽一周的恒星時間的平方與它們軌域半長軸的立方成比例。
但可惜的是，盡管克卜勒看出了行星的運動規律，卻依舊沒有辦法回答它們為何那麽運動。這時的人們對世界的認識是這樣的。宇宙就像一個制作精密的發條鐘表，所有星體就像齒輪一樣有規律得運轉，而且永恒不變。
只不過是誰在給這個精密的鐘表的發條上弦，有些人認為是上帝，有些人則相信是某種還未被發現的神秘力量。這時候，在古人看來天經地義的現象，重的東西下落，輕的東西上升，再次引起了物理學家的註意。
為什麽萬事萬物都牢牢得被固定在地面上，而不會飄浮在天空中呢？
Tips：根據推斷，宇宙的形成距今約100～200億年。而宇宙星體則來源於150億年前的宇宙大霹靂，由數十億顆的星系，恒星，行星組成。
牛頓在研究了克卜勒的行星運算公式之後，帶入自己的牛頓力學之中，終於推算出了萬有重力定律。不過可惜的是，因為缺乏精準的實驗方法，牛頓只能給出一個含糊的公式： 兩個質點之間的重力作用，與它們的品質乘積成正比，與它們之間的距離成平方反比。
從這時候開始，算出地球的品質，從理論上已經成為可能了。只要用一個鐵球稱一下，再計算幾個參數，就可以算出地球的重量。
Tips：根據萬有重力定律測定，地球的品質約為5.965×10²⁴kg。從地球的品質可得出地球的平均密度約為5.52g/㎝³。
不過牛頓的萬有重力公式中，還有一個常數G沒有計算出來。 直到1789年，卡文迪什才用自己設計的扭稱，算出了萬有重力常數G，並且透過它算出了地球的品質，大約為59.72萬億億噸。 四舍五入，差不多60萬億億噸。這麽重的東西，到底是怎麽「漂浮」在太空中的呢？相信這是大多數人看到這個數據時的反應。
萬有重力
Tips：卡文迪許扭秤，由蜜雪兒神父制作，用於測量萬有重力常數G。1797年夏，卡文迪許改進該扭秤，用兩個品質一樣的鉛球分別放在扭秤的兩端，中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。
其實，這個問題，早在牛頓推算出萬有重力定律的時候，就已經給出了答案。按照牛頓經典力學，世界上的萬事萬物，在沒有受到外力的幹涉之下，總是靜止或者處於勻速直線運動的。
而地球之所以正以平均30km/s的速度做圓周運動，是因為它正在受到來自太陽的牽引。
Tips：地球繞太陽公轉指地球繞太陽做周期性轉動。公轉軌域是非常接近正圓的橢圓，平均角速度是每年360度，平均線速度為每年940，000，000公裏。
當然，因為這個圓周是個橢圓，所以地球其實還受到其他天體的重力影響，但其中影響最大的，當然還是太陽系中，占據98%品質的恒星太陽。 就像蘋果會掉在地上一樣，從物理的角度來看，其實是蘋果受到了地心的萬有重力影響，所以才被吸附在了地面上。牛頓借此推出了一個著名的假想，也就是牛頓大炮。
Tips：牛頓著作【自然哲學的數學原理】中的牛頓大炮插圖照片。這張照片被收錄在旅行者金唱片中，搭載在旅行者1號和旅行者2號前往到太空深處。
說如果在高山上架起一座大炮，沿著水平方向發射一枚炮彈。因為受地球重力的影響，這枚炮彈會向地面墜落，最終落在地上。
但如果這枚炮彈的速度夠快，可以抵消地球施加給炮彈的牽重力，那麽這個炮彈就永遠不會落在地上，而是圍著地球做圓周運動，變成了地球的衛星。
而這個速度，剛好等於7.9km/s，這就是著名的第一宇宙速度。
為什麽太陽沒有下墜，而是漂浮在宇宙之中呢？
Tips：地球衛星一般分兩類，一人造衛星，二為自然衛星，就是月球。中國的第一顆靜止軌域通訊衛星是1984年4月8日發射的，命名為「東方紅二號」，至今已發射成功了五顆。
我們再把視角回到地球和太陽之間，地球之所以會穩定得在軌域上運轉，是因為它現在的速度剛好抵消了太陽的吸重力。 如果地球的速度加快，它就會遠離太陽，如果足夠快，地球就會脫離太陽的束縛飛向浩瀚的宇宙。
當然，像【流浪地球】中描寫的那樣，給地球裝上行星發動機，地球是絕對不可能脫離太陽的束縛的。因為按照牛頓經典力學，發動機想要獲得動力，必須要向後噴射出大量的品質，才能獲得動力。
所以我們看到，火箭的重量最多的是燃料，甚至占總品質的80%甚至更多。如果行星發動機真能推動地球，那麽地球會像一只戳破了的氣球，以肉眼可見的速度癟下去。看來即便是大劉的作品，有時候也會出現硬傷啊。
Tips：太陽占據了整個太陽系99.8%的品質，剩下的所有瓦斯巨行星、巖石行星、衛星、小行星、彗星等總共才占太陽系品質的0.2%。
就像上面所說的，如果地球的速度變慢，那麽他就會更靠近太陽。
假設地球突然之間靜止，不僅全世界的人會第一次感覺到地球急剎車帶來的慣性，更可怕的是，地球將會徑直地落入太陽之中，被巨大的火球吞噬。
看起來，到現在我們似乎已經解決了這個問題。對地球來說，所謂的下，其實是太陽的質心。 整個太陽系中執行的天體，其實都是在阻止自己落入太陽之中。那麽問題來了，我們把視野放得更大，為什麽太陽沒有下墜，而是漂浮在宇宙之中呢？
Tips：太陽系質心位置是九大行星的方位、品質和距離決定的。當九大行星均位於太陽一側、且成直線時，太陽系質心至太陽中心的距離可達1．514×106km。即超過一個太陽直徑，相當於日地距離的1%。
要回答這個問題，時間就要推進到近代了。各種超大型天文望遠鏡，乃至射電望遠鏡的建設，讓天文學家研究觀測恒星成為了可能。在過去，我們之所以把太陽這類巨大而明亮的電漿天體叫做恒星，是因為在我們的觀測中，它們的相對位置看起來是固定的。比如說我們看到的星座，每一個發光的星星，其實都是一顆恒星。
Tips：天文望遠鏡是觀測天體、捕捉天體資訊的主要工具。1609年，義大利科學家伽利略制作了第一台望遠鏡，憑借望遠鏡觀測到了太陽黑子、月球環形山、木星的衛星、金星的盈虧等現象。
透過長年累月的觀察，人們終於知道，其實我們的太陽系，是在圍繞著一個更大的星系在旋轉。和太陽系只有1光年的範圍相比，它大得可怕，大概有10萬光年的直徑。
看起來就像一個正在旋轉的飛鏢，其中每一個刺，就相當於一條懸臂。目前已知的懸臂有四條，分別是獵戶座旋臂、英仙座旋臂、人馬座旋臂和三千秒差距臂。
我們的太陽系就位於獵戶座懸臂之中，距離銀河系中心大概2.6萬光年。
宇宙有一個中心
Tips：截至2019年10月，太陽系包括太陽、8個行星、近500個衛星和至少120萬個小行星。太陽以220千米/秒的速度繞銀心運動，大約2.5億年繞行一周。
而這個銀河系的中心，不僅天體的密度，是太陽系附近的10萬倍，還有一顆離我們最近的超大型黑洞，人馬座A。 這是一顆品質超過430萬顆太陽的超級黑洞，因為重力非常巨大，所以就連光也沒辦法從它附近逃逸，而是圍繞它做圓周運動。
如果這些光線繼續接近黑洞，就會被黑洞吸收，什麽也看不見，這也是黑洞之所以這麽「黑」的原因。而周圍這些無法逃離的光線，會讓黑洞周圍看起來有一個光圈，這裏的邊界，就是黑洞的可視範圍，也被叫做史瓦西半徑。
Tips：台北時間2019年4月10日21時，人類首張黑洞照片面世， 該黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心，距離地球5500萬光年，品質約為太陽的65億倍。
因為距離我們太過遙遠，所以我們很難看到這顆黑洞的樣子，只能根據它的重力推算，它的史瓦西半徑大概有2400萬公裏。也就是說，銀河系的中心，是一顆直徑有4800萬公裏的巨大黑洞。
自從霍金發現黑洞其實也會向外發出大量的放射線之後，我們才有了正真直接觀測它的方法，也就是像中國天眼那樣，用射電望遠鏡收集這些放射線訊號，來觀測人馬座A。
據現在的了解，人馬座A每11分鐘自轉一圈。周圍有非常多大品質的恒星在圍繞它瘋狂公轉，有的恒星的運轉速度，甚至達到了每秒5000公裏。
和太陽圍繞銀河系的速度，每秒220公裏相比，我們太陽系，簡直就像在銀河系中漫步。
似乎到了這裏，問題就已經清楚了。
人馬座A
Tips：人馬座A（是位於銀河系銀心的強烈無線電波源。由3個部份組成：超新星遺跡的人馬座A東星、螺旋結構的人馬座A西星、及非常光亮的致密無線電波源人馬座A。
太陽，乃至整個太陽系和銀河系，都是在圍繞人馬座A公轉。但讓人疑惑的是，雖然人馬座A的品質非常大，但跟整個銀河系比起來，還是有點小牛拉大車的感覺。
科學家做過估算，如果只算這個超級黑洞的重力範圍，它能影響到的地方，只有方圓100光年，而整個銀河系，半徑可是達到了10萬光年啊。 我們究竟在向誰「墜落」？這似乎依舊是個問題。
Tips：最新研究表明銀河系擁有四條清晰明確且相當對稱的旋臂，旋臂相距4500光年。銀河系的恒星數量約在1000億到4000億之間 。
天文學家觀測了能找到的所有超星系團，發現無一例外都存在這個問題。我們圍繞的中心黑洞，其實並沒有能力牽引住所有星系盤運轉。
對此，有學者認為，雖然超級黑洞的重力範圍有限，但是被它束縛住的巨大恒星，也貢獻了自己的品質，大家一起把重力層層傳遞，才維持住了星系團的運轉。
不過當科學家把相關參數放進電腦中模擬的時候，結果依舊讓人沮喪。模擬現實，重力完全不夠，銀河系應該被自己強大的離心力作用下，被甩得四分五裂。
Tips：星系團是由星系組成的自重力束縛體系，通常尺度在數百萬秒差距或數百萬光年，包含了數百到數千個星系。銀河系所在的星系群叫做本星系群，成員星系大約為50個。距離本星系群較近的一個星系團是室女座星系團，包含了超過2500個星系。
於是有人提出，我們是不是忽略了一種物質，它看不見摸不著，但卻提供了宇宙85%的品質。 正因為有它們的存在，宇宙中的這些星系，才可以穩定得運轉。
它，就是我們所說的暗物質。所以實際上來說，我們太陽系，甚至是整個宇宙中的所有天體，都是在暗物質的維系下，保持著一種奇跡般的平衡？
雖然說到目前為止，暗物質只是一種假說，但是就目前的觀測來看，科學家也只能相信確實有這種物質存在。
Tips：最早提出「暗物質」可能存在的是天文學家卡普坦（Jacobus Kapteyn），他於1922年提出可以透過星體系統的運動間接推斷出星體周圍可能存在的不可見物質。而暗星系幾乎完全是由暗物質構成的星系，距地球約5000萬光年。
至於它到底是什麽，科學家還在探索之中，並且也已經摸索出來了一些眉目。 比如說它參與重力，並且性質非常穩定，不參與電磁交互作用，而且速度遠低於光速，應該是一種還沒有被我們發現的基本粒子。
曾經學者把希望寄托在了一種叫做「弱交互作用大品質粒子」的理論產物上，但實驗失敗之後，已經放棄這種怪異的想法。
結語
Tips：結合宇宙中微波背景放射線各向異性觀測和標準宇宙學模型（ΛCDM模型），可確定宇宙中暗物質占宇宙總質能的26.8%。
目前傾向於在微中子的範疇中尋找暗物質的真身，比如說又被盯上的微中子，「軸子」，就是目前學界認為，最有可能是暗物質的基本粒子。
至於它的奇妙性質，以及會不會是暗物質，都還需要時間研究。如果換做是你，你會接受暗物質這種說法嗎？
