你是否也曾疑惑,地球何以能悬于无垠的宇宙,安然无恙?其体积如此之大,何以不掉落?就如眼前这张图所展示的。
你曾否思考,若地球真的「沉沦」,它会坠入何方?接下来,我们将一起探讨这个引人入胜的议题。
让我提出一个问题:何者为上,何者为下?你可能会回应:「脚下所踩的土地为下,头顶所对的蓝天为上。」毫无疑问,这就是我们的共识。
古代时,人们普遍信奉「地平说」,坚信脚下的大地是平坦的。但随着时间的推移,有人提出了颠覆性的「地圆说」,主张大地形如球体。然而,这一观点在古代社会显得格格不入,遭到了人们的质疑。有人便以诙谐的方式反驳道:「若大地真是球形,岂不是存在着一群头朝下的‘倒立人’?他们岂不是时刻面临‘掉落’的危险?」这种反驳体现了当时人们对新观念的抵触和困惑。
若我们以地球仪为参照物,这种说法似乎颇具说服力。在北半球,人们站立时头部朝向所谓的「上方」,而在南半球,特别是那些在南极进行科学考察的人员,他们的头部朝向似乎与「下方」一致。这不禁让人产生疑问,他们是否会因此「坠入」地球内部?但实际情况又是怎样的呢?
这显然不是事实。无论身处地球的哪个角落,人们脚下踩的都是坚实的土地,头顶则是一片蓝天。那么,何来的倒立之说呢?他们都是稳稳地站在地球之上,又何谈坠落呢?
在地球上,当一个物体从一个较高的位置移向一个较低的位置时,我们通常称之为「掉落」。这背后的原因是地球对所有物体施加的引力作用。这种引力使得所有物体都倾向于朝向地球的质量中心移动,这个方向被定义为「下方」。相应地,与之相反的方向自然就是「上方」。
请大家再思考一下,当描述「一轮圆月升起来了,如明灯般高悬于天幕之上」时,这句话暗示了月亮相对于地球的位置在哪里?很明显,月亮悬挂在天空中,意味着它位于地球的上方。
这是一幅从月球眺望地球的影像。视角完全颠倒,地球宛如悬挂于天际的明珠。然而,这样的视角让我们不禁思考:在月球的视角下,地球究竟位于何方,上方还是下方?
从月球看地球,似乎地球在月球上方,但实际上,地球位于月球下方。这是因为月球是地球的卫星,和人造卫星、空间站一样,都在围绕地球转动。虽然人造卫星和空间站的轨道离地球较近,从几百公里到几万公里不等,但月球的轨道则更远,平均距离达38.4万公里。
天宫空间站悬浮于距地球表面400至450公里的高度。从空间站的视角观察,地球无疑位于其正下方。近期,SpaceX公司马斯克的星链卫星有40颗因遭遇地磁风暴而受损。这些受损的卫星因地球引力的作用,最终将坠落至地球表面。同样地,月球作为地球的卫星,也是受地球引力影响,围绕地球旋转。这意味着地球的引力方向即为下方。若月球遭遇意外状况并坠落,它同样会向地球表面落去。
地球如果真的「坠落」,它会朝哪里去呢?其实答案已经显而易见。地球因受到太阳的引力而围绕其旋转。因此,如果地球真的发生坠落,它最终会落入太阳的怀抱。这意味着,对于地球而言,太阳才是其下方的目标。
太阳系中,除了地球,还有七颗行星。这些行星若发生坠落,最终都将落入太阳之中。
为什么地球没有坠入太阳?答案其实很简单。只需想象一下,当你扔出一块石头时,它并不会立刻坠入地面,而是沿着一个抛物线轨迹飞行。这同样适用于地球和太阳的关系。地球虽然受到太阳的引力作用,但它并没有直接坠入太阳,而是沿着一个椭圆形的轨道绕太阳运行。这是因为地球具有一定的速度和动量,这些力量与太阳的引力相平衡,使得地球能够稳定地绕太阳运行,而不是直接坠入其中。
用力扔出石头,它会沿抛物线轨迹飞行,最终落地。如果增加力气,石头在空中停留的时间会更长,因为它获得了更快的初始速度。但是,无论初始速度多快,石头总会因重力作用而回到地面。即使速度足够快以绕地球一圈,它最终仍会落地。因此,石头不会永远不掉到地面上。
英国著名物理学家牛顿,常被称为难以「安息」的科学家,也曾有过这样的设想。他提出,若在高山之巅安置一门足够强大的大炮,其炮弹能以极快的速度发射,那么这颗炮弹便能环绕地球持续旋转而不会坠落。这种概念化的大炮被后人称为「牛顿大炮」。
牛顿,这位杰出的物理学家、数学家和天文学家,他的成就可谓非凡。他不仅思考了炮弹不落下的条件,还进一步计算出其所需的速度。这个速度是每秒7.9公里,也被称为第一宇宙速度。当航天器在地球上空达到这一速度时,它们会因产生的离心力与地球引力达到平衡,从而得以在地球周围做圆周运动,不再掉落。
地球就像是被太阳发射出去的炮弹,由于它以29.78公里/秒的速度绕太阳公转,产生的离心力与太阳的引力相平衡,因此地球不会掉落到太阳上。
经过上述讨论,我们对「地球似乎悬空在宇宙中」的疑惑,应该已经有所释然了。地球并非真正悬空,这仅仅是一种视觉错觉。就像一个人跳起来时,相机捕捉到的只是他跳跃的瞬时画面,这并不能说明他真正悬浮在空中。同理,地球在宇宙中的「悬空」现象,也是因为我们所观测到的只是宇宙的一个瞬间切片,而非其全貌。
地球和宇宙中的所有星球,都是在引力的作用下进行高速运动的,这仿佛它们是被一根无形的绳子牵引着旋转的小球。我们所观察到的它们似乎静止悬浮的状态,其实只是它们运动轨迹上的一刹那定格。大家的看法是否如此呢?
如果地球真的发生了坠落并掉向了太阳,那么太阳本身又会陷入怎样的命运呢?它的归宿又将是何方?让我们一起来探讨这个有趣而深奥的问题吧!