你是否也曾疑惑,地球何以能懸於無垠的宇宙,安然無恙?其體積如此之大,何以不掉落?就如眼前這張圖所展示的。
你曾否思考,若地球真的「沈淪」,它會墜入何方?接下來,我們將一起探討這個引人入勝的議題。
讓我提出一個問題:何者為上,何者為下?你可能會回應:「腳下所踩的土地為下,頭頂所對的藍天為上。」毫無疑問,這就是我們的共識。
古代時,人們普遍信奉「地平說」,堅信腳下的大地是平坦的。但隨著時間的推移,有人提出了顛覆性的「地圓說」,主張大地形如球體。然而,這一觀點在古代社會顯得格格不入,遭到了人們的質疑。有人便以詼諧的方式反駁道:「若大地真是球形,豈不是存在著一群頭朝下的‘倒立人’?他們豈不是時刻面臨‘掉落’的危險?」這種反駁體現了當時人們對新觀念的抵觸和困惑。
若我們以地球儀為參照物,這種說法似乎頗具說服力。在北半球,人們站立時頭部朝向所謂的「上方」,而在南半球,特別是那些在南極進行科學考察的人員,他們的頭部朝向似乎與「下方」一致。這不禁讓人產生疑問,他們是否會因此「墜入」地球內部?但實際情況又是怎樣的呢?
這顯然不是事實。無論身處地球的哪個角落,人們腳下踩的都是堅實的土地,頭頂則是一片藍天。那麽,何來的倒立之說呢?他們都是穩穩地站在地球之上,又何談墜落呢?
在地球上,當一個物體從一個較高的位置移向一個較低的位置時,我們通常稱之為「掉落」。這背後的原因是地球對所有物體施加的重力作用。這種重力使得所有物體都傾向於朝向地球的品質中心移動,這個方向被定義為「下方」。相應地,與之相反的方向自然就是「上方」。
請大家再思考一下,當描述「一輪圓月升起來了,如明燈般高懸於天幕之上」時,這句話暗示了月亮相對於地球的位置在哪裏?很明顯,月亮懸掛在天空中,意味著它位於地球的上方。
這是一幅從月球眺望地球的影像。視角完全顛倒,地球宛如懸掛於天際的明珠。然而,這樣的視角讓我們不禁思考:在月球的視角下,地球究竟位於何方,上方還是下方?
從月球看地球,似乎地球在月球上方,但實際上,地球位於月球下方。這是因為月球是地球的衛星,和人造衛星、空間站一樣,都在圍繞地球轉動。雖然人造衛星和空間站的軌域離地球較近,從幾百公裏到幾萬公裏不等,但月球的軌域則更遠,平均距離達38.4萬公裏。
天宮空間站懸浮於距地球表面400至450公裏的高度。從空間站的視角觀察,地球無疑位於其正下方。近期,SpaceX公司馬斯克的星鏈衛星有40顆因遭遇地磁風暴而受損。這些受損的衛星因地球重力的作用,最終將墜落至地球表面。同樣地,月球作為地球的衛星,也是受地球重力影響,圍繞地球旋轉。這意味著地球的重力方向即為下方。若月球遭遇意外狀況並墜落,它同樣會向地球表面落去。
地球如果真的「墜落」,它會朝哪裏去呢?其實答案已經顯而易見。地球因受到太陽的重力而圍繞其旋轉。因此,如果地球真的發生墜落,它最終會落入太陽的懷抱。這意味著,對於地球而言,太陽才是其下方的目標。
太陽系中,除了地球,還有七顆行星。這些行星若發生墜落,最終都將落入太陽之中。
為什麽地球沒有墜入太陽?答案其實很簡單。只需想象一下,當你扔出一塊石頭時,它並不會立刻墜入地面,而是沿著一個拋物線軌跡飛行。這同樣適用於地球和太陽的關系。地球雖然受到太陽的重力作用,但它並沒有直接墜入太陽,而是沿著一個橢圓形的軌域繞太陽執行。這是因為地球具有一定的速度和動量,這些力量與太陽的重力相平衡,使得地球能夠穩定地繞太陽執行,而不是直接墜入其中。
用力扔出石頭,它會沿拋物線軌跡飛行,最終落地。如果增加力氣,石頭在空中停留的時間會更長,因為它獲得了更快的初始速度。但是,無論初始速度多快,石頭總會因重力作用而回到地面。即使速度足夠快以繞地球一圈,它最終仍會落地。因此,石頭不會永遠不掉到地面上。
英國著名物理學家牛頓,常被稱為難以「安息」的科學家,也曾有過這樣的設想。他提出,若在高山之巔安置一門足夠強大的大炮,其炮彈能以極快的速度發射,那麽這顆炮彈便能環繞地球持續旋轉而不會墜落。這種概念化的大炮被後人稱為「牛頓大炮」。
牛頓,這位傑出的物理學家、數學家和天文學家,他的成就可謂非凡。他不僅思考了炮彈不落下的條件,還進一步計算出其所需的速度。這個速度是每秒7.9公裏,也被稱為第一宇宙速度。當航天器在地球上空達到這一速度時,它們會因產生的離心力與地球重力達到平衡,從而得以在地球周圍做圓周運動,不再掉落。
地球就像是被太陽發射出去的炮彈,由於它以29.78公裏/秒的速度繞太陽公轉,產生的離心力與太陽的重力相平衡,因此地球不會掉落到太陽上。
經過上述討論,我們對「地球似乎懸空在宇宙中」的疑惑,應該已經有所釋然了。地球並非真正懸空,這僅僅是一種視覺錯覺。就像一個人跳起來時,相機捕捉到的只是他跳躍的瞬時畫面,這並不能說明他真正懸浮在空中。同理,地球在宇宙中的「懸空」現象,也是因為我們所觀測到的只是宇宙的一個瞬間切片,而非其全貌。
地球和宇宙中的所有星球,都是在重力的作用下進行高速運動的,這仿佛它們是被一根無形的繩子牽引著旋轉的小球。我們所觀察到的它們似乎靜止懸浮的狀態,其實只是它們運動軌跡上的一剎那定格。大家的看法是否如此呢?
如果地球真的發生了墜落並掉向了太陽,那麽太陽本身又會陷入怎樣的命運呢?它的歸宿又將是何方?讓我們一起來探討這個有趣而深奧的問題吧!