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地球重達60萬億億噸,為什麽能在太空中漂浮,不會向下墜落呢?

2024-10-16科學

1798年,英國科學家亨利·卡文迪許透過一次著名的實驗,使用一種名為「扭秤」的儀器,成功測定了萬有重力常數,並據此依據牛頓的理論計算出地球的質素大約為5.97×10的24次方千克,也即約60萬億億噸。

這個數碼之巨大令人難以置信。盡管地球的重量如此之大,但從太空視角看去,地球似乎就是在宇宙中自由漂浮的。下面這張圖片是1968年阿波羅8號任務中,太空人威廉·安德斯在月球軌域飛行期間拍攝的地球照片,我們可以清楚地看到地球在太空中的漂浮狀態,盡管它的質素達到了60萬億億噸。

實際上,地球在太空中漂浮只是一種視覺效果。在地球表面,我們之所以感受到萬物落向地面,是因為地球重力的作用,它使得我們和其他物體被拉扯向地表。而在太空中,沒有明確的上下左右方向,只有無盡的虛空,地球僅受到來自太陽的重力影響,嚴格來說,它是在持續向太陽方向「墜落」。

然而,眾所周知,地球並未真的墜入太陽。這是因為地球在繞太陽旋轉時的高速運動,其速度約為每小時107,000公裏,這種高速帶來的離心力與太陽重力形成了一種動態平衡,使得地球能夠沿著接近圓形的軌域圍繞太陽旋轉。

正是這種動態平衡,即重力與離心力的均衡,讓地球在太空中能夠「漂浮」,而不是向太陽墜落。這一原理同樣適用於其他行星和衛星。這些天體都按照相同的物理規律執行,維持在各自的軌域上。如果地球或其他行星的旋轉速度不足以保持這種平衡,它們就會被拉向太陽。

愛因斯坦在其廣義相對論中進一步闡釋了重力的本質。廣義相對論認為,重力是由質素所引起的時空彎曲現象,質素越大,造成的時空彎曲也越明顯。

地球及其他天體之所以能在太空中「漂浮」,不是向太陽墜落,是因為太陽彎曲了周圍的時空,使得它們沿著這些彎曲的時空路徑運動。我們可以將時空想象為一張彈性的布,一個重物放置在上面時會使布面產生彎曲,而其他較輕的物體則會沿著這些彎曲的路徑運動。

這種對時空彎曲的解釋,不僅解釋了天體的軌域運動,還幫助我們更深入地理解了地球以及其他天體為何能在太空中漂浮,而不是墜向太陽。