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地球重达60万亿亿吨,为什么能在太空中漂浮,不会向下坠落呢?

2024-10-16科学

1798年,英国科学家亨利·卡文迪许通过一次著名的实验,使用一种名为「扭秤」的仪器,成功测定了万有引力常数,并据此依据牛顿的理论计算出地球的质量大约为5.97×10的24次方千克,也即约60万亿亿吨。

这个数字之巨大令人难以置信。尽管地球的重量如此之大,但从太空视角看去,地球似乎就是在宇宙中自由漂浮的。下面这张图片是1968年阿波罗8号任务中,宇航员威廉·安德斯在月球轨道飞行期间拍摄的地球照片,我们可以清楚地看到地球在太空中的漂浮状态,尽管它的质量达到了60万亿亿吨。

实际上,地球在太空中漂浮只是一种视觉效果。在地球表面,我们之所以感受到万物落向地面,是因为地球引力的作用,它使得我们和其他物体被拉扯向地表。而在太空中,没有明确的上下左右方向,只有无尽的虚空,地球仅受到来自太阳的引力影响,严格来说,它是在持续向太阳方向「坠落」。

然而,众所周知,地球并未真的坠入太阳。这是因为地球在绕太阳旋转时的高速运动,其速度约为每小时107,000公里,这种高速带来的离心力与太阳引力形成了一种动态平衡,使得地球能够沿着接近圆形的轨道围绕太阳旋转。

正是这种动态平衡,即引力与离心力的均衡,让地球在太空中能够「漂浮」,而不是向太阳坠落。这一原理同样适用于其他行星和卫星。这些天体都按照相同的物理规律运行,维持在各自的轨道上。如果地球或其他行星的旋转速度不足以保持这种平衡,它们就会被拉向太阳。

爱因斯坦在其广义相对论中进一步阐释了引力的本质。广义相对论认为,引力是由质量所引起的时空弯曲现象,质量越大,造成的时空弯曲也越明显。

地球及其他天体之所以能在太空中「漂浮」,不是向太阳坠落,是因为太阳弯曲了周围的时空,使得它们沿着这些弯曲的时空路径运动。我们可以将时空想象为一张弹性的布,一个重物放置在上面时会使布面产生弯曲,而其他较轻的物体则会沿着这些弯曲的路径运动。

这种对时空弯曲的解释,不仅解释了天体的轨道运动,还帮助我们更深入地理解了地球以及其他天体为何能在太空中漂浮,而不是坠向太阳。