網路上流行一句話叫:「遇事不決,量子力學。」這是用天體力學來對生活中的種種難題進行調侃,仿佛量子力學就能修復一切難言的人生bug。
還有一句話叫: 「坐地日行八萬裏,巡天遙看一千河。」 意思就是在地球上即使不運動,也能像乘坐超級特快那樣,一天行走八萬裏。其實很多人都以為宇宙是 靜止不動 的,而實際上它一直處於 運動 的狀態,即便是人類也感受不到它的任何運動, 可宇宙的運動速度一點也不慢呢。
絕對運動,相對靜止
之後隨著人類的不斷探索,人們終於發現地球是不斷運動的, 地球每天都在帶領人們在宇宙中「奔跑」 ,即使我們在玩手機或者坐在電腦前打字,感覺不痛不癢,但這並不妨礙地球每天帶我們旅遊。
於是有人質疑了,這不就是高中地理課上說的地球 自轉 和 公轉 麽?但是地球的公轉和自轉是怎麽來的呢?地球帶領人類在宇宙中奔跑, 目的地又是哪裏呢? 再討論個最根本的問題,宇宙的起源是什麽呢?
關於宇宙的遐想無窮無盡
今天小編就來聊一聊,有關地球「日行八萬裏」那些事兒,順便再從宇宙的誕生起源開始,說一說有關天體星球的美麗奧秘。
八萬裏?其實是5200萬公裏
地球的自轉與公轉大家都知道,因為這已經是一個常識性的知識點。「坐地日行八萬裏」其實是寫詩的藝術化表達手法,而地球真正的行速是 一天5200萬公裏 。這是地球的自轉。
當 地球繞著自轉軸轉動 時,也就是像手指轉籃球一樣,此時被稱為「地球 自轉 」。地球自轉的方向是自西向東,所以從北極的天空看,會發現這是逆時針旋轉的。像我們日常看到的太陽的東升西落,以及地球上的白天黑夜等現象,就是地球自轉產生的規律和效果。地球自轉一周大約用時 23小時56分 ,被稱為 一個恒星日 。
地球自轉
而 地球繞著太陽轉動 ,被稱作「地球的 公轉 」,地球公轉的方向同樣是自西向東。那麽地球繞太陽轉動一圈的時間,用人類計時單位計算是 一年 。我們以為地球繞太陽轉的軌域是一個圓,而實際上它是一個橢圓。所以會產生 近日點 和 遠日點 。兩者之間相差 五百萬公裏 左右,地球每年到達近日點的時間是一月,而到遠日點的具體時間是七月。
地球公轉
而且地球也不是直著身子轉動的,而是歪著身子轉動的,所以形成了 黃赤交角 。也讓地球在一年的時間裏,分春夏秋冬四個季節,陽光照耀最充足的半球是夏季,而陽光照耀比較稀少的就是冬季,而偏離照射最多和最少的狀態下,就是過渡季節,春秋二季。
有關春秋二季, 春分點和秋分點就是黃赤交角的交點 。當每年三月二十一日前後,太陽光照的直射點從赤道以南的方向移動至赤道以北的方向時,就是我們熟知的春分時節,這個時候南半球是秋天,而北半球會是氣溫適宜的春天。如果陽光直射點繼續向北邊移動,北半球會感覺越來越熱,白天的時間越來越長,黑夜的時間越來越短。
春分點與秋分點
而當每年 六月二十二號前後 , 陽光直接照耀在北回歸線 上的時候,就變成了 夏至 ,北半球就迎來了 白天最長的一天 ,與此相反的是南半球卻變成了嚴寒冬季,這一天夜晚最長。
夏至之後,太陽光線直射向南移動到赤道附近,就變成了秋分,北半球此時開始進入秋季,南半球則是溫暖的春天。每年 十二月二十二號 時, 陽光直接照耀南回歸線 ,此時就變成了 冬至 ,這時南半球是夏季,北半球是寒冬。冬至以後,陽光照耀的直射點又重新向北邊轉移,直到又回到赤道附近時,就形成了一個輪回。
地球公轉軌跡
以上就是 地球繞著太陽公轉形成一年四季 的原因了。那麽為什麽會產生地球自轉和公轉呢?這就不得不提到太陽系了。
太陽系的起源和結構
其實無論是自轉還是公轉,能讓地球運動的根本還是和轉動慣性以及角動量有關。那麽 角動量 又是怎樣產生的呢,這個需要從 太陽系的起源 說起。在太陽系還沒有太陽的時候,它是 一團塵埃和星雲 ,星雲由非常多的粒子構成,而 粒子始終在不斷的運動 ,粒子互相作用又產生了 力矩 ,所以角動量就這麽出現了。
絢麗的星雲
與此同時,星雲可能是恒星爆炸而出現的,也可能在這其中誕生新星。按照萬有重力定律,星雲由於彼此的品質分布不是很均勻, 角動量也不可能等於0 ,所以在此時整個星雲體系會發生旋轉,並且不斷的運動 向內收縮 ,於是形成了品質很大的太陽、行星和其他小型星體。
除了太陽是星雲向內收縮的產物,地球同樣也是。所以形成了 太陽系 ,由太陽和八大行星以及其他小型星體構成。而作為星雲最中心的太陽,它決定了其他自轉星球的方向。可以說是 地球繼承了來自星雲和太陽的角動力 ,刨除天王星和金星,可以說其他行星的自轉公轉方向全都一致。
太陽系行星轉動
那麽什麽時候能迫使它們 改變公轉方向 呢?除非遇到了比太陽品質更大星體的 吸引 ,或者有 力矩 迫使它們改變目前的狀態,比如說天王星以及金星就是由於有其他外部力量的幹預,才讓它們的角動量有了明顯的改變,否者它們永遠都會圍繞太陽旋轉。
有人問如果地球沒有自轉和公轉會變成什麽樣子呢?結局當然是 人類無法生存 。這時空氣會不受影響,然後以一場每個小時一千七百公裏的速度進行突然 風暴 ,非常壯觀。
地球風暴
目前,我們透過太陽系了解到了地球為什麽會產生自轉和公轉,那麽接下來,我們來探討一下, 地球日行5200萬公裏,哪裏是個頭? 這就不得不談銀河系以及宇宙的起源了。
5200萬公裏後的目的地在哪兒?
在說地球日行5200萬公裏的目的地之前,我們不得不先聊一下宇宙的誕生,這能讓我們更好的理解地球到底要去哪。
關於宇宙的起源,這就不得不提到愛因史坦的 廣義相對論 了,就是它解開了擎天神秘的一角。當時科學家都覺得這個非常精妙的回答怎麽就讓這位神人給找到了呢?因此有很多科學家也加入了這個與廣義相對重力場公式有關的研究當中去。
這其中最出名研究還需要看前前蘇聯科學家,他們兩位分別是弗瑞德曼和勒梅特,他們發現了廣義相對論重力場之下, 宇宙是動態而非靜態的 ,在很久很久之前,宇宙可能在一個特別小的範圍內誕生了,剛剛好這時哈柏望遠鏡也有看到 宇宙的膨脹 ,還總結得出了非常出名的 哈伯常數 。
宇宙膨脹
加莫夫以及他的同事們,對宇宙爆炸剛剛誕生時的 原始初始物質豐度 ,和余暉進行大量的計算,後來被極速發展起來的射電天體望遠鏡加以證實,60年代也發現了這個大霹靂理論的 余暉宇宙微波背景放射線 。
在潘洛斯這位偉大的科學家論證了黑洞以及奇異點之後,霍金又在此基礎上把理論擴充套件到了宇宙大霹靂之前的奇異點理論。科學家阿蘭古斯就論證了 宇宙大霹靂 最開始時期的 暴漲理論 ,如此說來,宇宙大霹靂理論才被人們廣泛地接受。
宇宙大霹靂
說了這麽多,宇宙的起源理論到底是什麽呢?其實就是 一場大霹靂中誕生了宇宙 ,而宇宙大霹靂理論同時也認為,宇宙誕生之前是一個 密度很高的奇異點 ,後來奇異點膨脹爆炸了,所以這場大霹靂誕生了 物質、時間還有空間 。
把它簡單來說就是,在宇宙大霹靂之前,沒有時間也沒有空間,更沒有各種物質,而奇異點的膨脹和爆炸,誕生了一個浩瀚的空間,這個空間就是我們的宇宙,至於它 膨脹的邊界在哪裏,我們宇宙的邊界就在哪裏 。
說完宇宙的邊界,我們就要來聊一聊 銀河系 了。因為銀河系存在於宇宙中,而太陽系存在於銀河系中,那麽我們的地球就存在於太陽系中,就是這麽個層層套娃的關系,這也有助於我們後續的理解。
銀河系構想圖
銀河系是一個 包含太陽系的棒旋星系 ,直徑範圍大約是 十萬光年到十八萬光年之間 。銀河系擁有 一千億到四千億顆像太陽一樣的恒星 ,也可能擁有 1000億顆行星 。太陽系距離銀河系大約是 兩萬六千光年 ,有著非常濃密的瓦斯和塵埃。
銀河系當中有很多像太陽系一樣的恒星星系,根據萬有重力定律,就像星雲收縮時地球繞著太陽運動,而實際上太陽系也在繞著銀河系的中心進行運動。
那麽我們範圍再擴大一點,其實 銀河系也在不停的旋轉 ,它在和木星系群一起圍繞著室女座超星進行運動,像銀河系這種星系在室女座超星系記憶體在 100多個 。而且銀河系的旋轉特別漫長,銀河系繞室女座超星系 轉一周 大約需要 一千億年 的時間。
室女座超星系
現在我們明白了,宇宙是由奇異點膨脹產生,然後由於萬有重力定律小行星圍繞著恒星形成類似太陽系的星系,而眾多星系又會形成類似於銀河系一樣的星系群,那麽星系群又能組建成 超星星系 。它們不停的收緊圍繞著一個中心旋轉。
至於地球日行5200萬裏到底要帶我們去哪裏,答案就非常顯而易見了。這是因為 宇宙最中心的巨引源在拽著地球向前狂奔 。這裏並不是說地球自己在加速賽跑,而是所處的銀河系,甚至所有星系群都在進行加速賽跑。沒錯,它們正在 跑向宇宙中心的巨引源 。
宇宙中最大的重力——巨引源
所以很有可能當我們的地球到達巨引源的盡頭時,面臨的就是爆炸淪陷或者誕生一顆新星。不過我們也根本不用擔心這件事,因為 很有可能幾千億光年都到達不了巨引源 。
結語
我們終於知道了這片神秘浩瀚的宇宙和星系以及星系群是怎樣一環套一環的形成,也了解到了地球日奔5200萬公裏正是要跑向巨引源。這片美麗的星體像鉆石一樣散落在宇宙中,形成浩瀚而壯觀的點綴。正如宇宙孤獨而美麗,浩瀚而神秘。