关于咱们来说,地球很重,它的质量为5.97亿亿亿千克。那么,如此重的地球是怎样悬浮在太空中的呢?什么力气在托着地球不往下掉呢?
世界中的方向
首要,世界中没有肯定的方向,并不存在所谓的上方和下方。天体散布在世界空间中,不存在肯定参照系,所以天体的方位都是相对而言的。咱们可以以为地球处在太阳的“下方”,或许也可以反过来以为太阳处在地球的“下方”。
地球上的方向
在地球上,咱们会感遭到方向,是因为地心引力的效果。地球上的物体都会遭到朝向地心的引力,这个方向正是咱们所了解的“下方”。因为地球是个球体,所以地球上不同当地的“下方”并不一起,但都会指向地心。
关于太空中盘绕地球运动的宇航员,他们没有上下方向的感觉,因为他们处于失重的状况。假如宇航员处在密闭的太空舱中,他们无法分辨出哪个方向是“下方”,或许地球在哪个方向。
地球的“下方”
尽管世界中没有肯定方向,但在某种意义上可以定义出地球的“下方”。太阳的质量远超地球,前者是后者的33.3万倍,太阳强壮的引力无时无刻不在企图把地球招引曩昔,咱们可以以为太阳引力的方向是地球的“下方”。
那么,这个问题就变成了“为什么地球不会掉进太阳中?”
尽管太阳的引力继续施加在地球上,但地球并不会被招引曩昔,因为地球不断盘绕太阳旋转,可以抵消引力效果。关于这个原理,可以用“牛顿大炮”来作阐明。
牛顿大炮
试想一下,在地球上沿着水平方向发射出一枚炮弹,其飞翔间隔会跟着初速度的添加而变远。因为地心引力的存在,炮弹终究会掉到地上。但假如炮弹的初速度满足高,因为地球是个球体,外表是曲折的,炮弹可以飞得满足远,避开地表,不会落到地上,从而会绕着地球旋转。在没有空气阻力的情况下,炮弹会成为地球的卫星,一向盘绕地球运动。这个满足高的初速度便是第一世界速度,大约为7.9公里/秒。
只需有满足的速度,物体就能盘绕地球运动而不会被引力招引到地表。间隔地表越远的当地,所受的地心引力越弱,所需的盘绕速度越慢,例如,400公里高度(大部分载人飞船轨道)的轨道速度为7.7公里/秒,3.58万公里高度(地球同步轨道)的轨道速度为3.07公里/秒。
同样地,地球以大约30公里/秒的速度绕着太阳旋转,这个满足快的轨道速度可以使地球免于掉进太阳中。地球的轨道速度来自于46亿年前原行星盘中的微行星,因为角动量守恒,并且太空简直真空,地球才干不断盘绕太阳旋转。
银心参照系
假如以银河系中心为参照系,不只上下方向看起来会发生变化,并且地球的运动方法看起来也会变得不同。地球盘绕太阳的轨道平面与银道面的夹角为60.2°,银心的方向成了“下方”,那是银河系中所有天体的一起质心所在之处。太阳不会掉进银心中,也是因为太阳以220公里/秒的轨道速度在星际空间中快速穿行。
另一方面,地球在银河系空间中的运动看起来并非是椭圆形。因为跟从太阳盘绕银心运动,地球的运动轨道是螺旋形的。