导语
随着现代航天科技的不断发展,我们有机会亲眼见证人类征服太空的伟大奇迹,也从未如此清晰地看到过地球在宇宙空间中的模样。
它似乎没有支撑,在浩瀚的宇宙空间中矗立不动,仿佛要马上从太空中坠落下去一样。
而事实上,地球一直在向太阳坠落,这也就是地心说的由来。
地球一直在向下坠落。
在我们日常生活中,我们经常会用“上”、“下”来指示方向,比如说我们站在地球上,往上看就是天空,往下看就是大地。
然而,事实上这里所说的“上”和“下”不是绝对的,而是已经被我们这些生活在地球上的人定义的相对概念。
在地球的地心说体系中,也有上下两个概念,地心说中自然是将地心作为“上”,而大地作为“下”。
因此,按照地心说的体系来说,我们存在于地球“上方”,天空在地球“下方”。
然而,作为现代人,我们所说的“上”和“下”在科学上并不是绝对,它只是我们在地球上生活时、为了更好的观察和了解地球和太空所进行的主观相对概念性定义。
想要从绝对上下方向来讲,那么地球就完全没有上和下之分了,因此,地球的“上”和“下”其实是跟随着我们的方向来的,如果我们的方向变了,那么地球的“上”和“下”自然也就变了。
在这里,我们所说的地球在宇宙空间中似乎没有支撑就是跟随着这种相对性定义的“上”和“下”来的,而地球一直向太阳坠落就是地球在太空中真正的“下”。
众所周知,空间中到处都是巨大的天体,他们有自己独特的引力场,同时也对附近的其他物体产生引力,这也是行星、卫星、甚至宇宙尘埃能维持着绕日运行的原因。
地球也自然不例外,它同样以它的引力场寻找着其他天体,不过由于它的引力和质量相对而言较小,因此只能影响到比它更轻一点的物体,而无法对更重的天体产生很大的影响。
不过,宇宙中最庞大的天体自然就是太阳了,太阳所承担的质量和引力都是无法和之相比的,因此,太阳也是宇宙中引力最大的天体之一。
在地球的引力范围内,我们身边的物体就会受到一定程度的影响,但是,一直以来都有一个更重要的物体在对我们的引力场施加影响,那就是太阳。
太阳的引力是如此之大,以至于它的引力范围几乎就能囊括整个太阳系的范围。
在太阳的引力作用下,地球就像是受到了如同一把无形的手在牵引向着它一样,一直在向太阳坠落。
然而,由于地球有着特定的轨道速度,使得地球与太阳的距离可以保持相对稳定,这也正是为什么地球不会坠入太阳的原因。
地球为何不会坠入太阳?
我们知道,无论是什么物体,只要它处在空间中,它就会受到空间中其他物体的引力,而在地球周围,也会存在着各种物体对地球产生引力的现象。
在地球的引力作用下,我们所说的“下”就是往地心方向走,也就是往太阳方向走,也就是“往上”走。
因此,如果我们按照绝对上下方向来说,那么地球就是在向太阳方向“走”的,这也就是地上的东西为什么会往地心“走”的原因。
同时,太阳也同时对地球产生引力,那么这个引力又是为什么会对地球产生影响呢?
这就要说地球的轨道速度了。
轨道速度是一个反映物体在轨道中运动状态的速度参数,它在狭义相对论中有广泛的应用。
一般来说,地球的轨道速度大小在每秒29.8千米,这也是地球在绕太阳运动时的速度,因为地球运动时垂直于径向速度方向的速度很小,在这里可以近似理解为0km/s,所以在地球绕太阳运动的过程中,速度基本保持不变。
为了更好的理解地球为何不会坠入太阳,这里我们可以做一个“牛顿大炮”的思想实验。
在这个实验中,我们可以将地球想象成一颗炮弹被发射出去,其他条件不变,这个时候地球会在太空中做抛物线运动,从发射瞬间开始,炮弹就会一直受到地球的引力影响而向地球运动,但是由于速度较快,导致会逃离地球,从而在抛物线中形成开口,也就是说,炮弹会一直向下坠落,但是由于速度较快,导致会一直向前走,从而形成一个永远不会坠入地球的曲线轨迹。
这里的炮弹只是一个简单的例子,但是,原理也是一样的,只是地球和太阳之间的距离更加稳定,如果地球的速度减小的话,那无疑地球会坠入太阳,如果地球的速度增大的话,那它也会逐渐远离太阳,这就是地球和太阳之间的“平衡之道”。
而人造卫星和空间站能围绕地球做运动,也是因为具有特定的轨道速度,在地球上,这个速度要求在每秒七千八百米,这也是人造卫星进入轨道运行的原因。
“失重”在空间站中的原理。
在人造卫星和空间站中常说的“失重”现象就是在做自由落体运动,这里的自由落体运动不是我们一般所说的从高处落下,而是从更高处跳下来的,这里的更高处可以理解为离地面较远的地方,比如在卫星中,它可以看成基本上没有受到其他物体的支撑,这里的自由落体运动可以理解为在二维方向的平面朝一个方向跳。
在自由落体运动中,物体间最终降落的高度是一样的,同时,所有物体会在同样的时间内最终都会落地,这也就是无论是什么质量的物体,都会受到相同的重力作用,从而在相同的时间内落地的原理。
而在空间站中的“失重”,其实就是一种假象,因为在空间站中,人造卫星做自由落体运动,所以在空间站内,物质间没有支撑力、拉力等影响,所以在这里人们看不到地球的引力,也就是看不到物体因为被吸引所表现出来的“重量”。
之所以会表现在空间站中,是因为空间站在同样受到地球引力的同时也会做自由落体运动,只不过它们以不同的速度做不同方向的自由落体运动。
而本身的物体如果在空间站中静止的话,那么它也是处于自由落体运动状态,但是会受到空间站的支撑力,所以在这里表现出来的就是重力加支撑力的结果,所以在空间站中,飘浮代表没有受到其他物体的支撑力,看不到重力的影响,所以这也就是“失重”的原理。
结语
现代航天的不断发展,不仅带来对地球的认知,也为人类对宇宙运行规律的认识和应用提供了契机,在这其中牛顿的“万有引力定律”正是我们对地球在宇宙空间中的理解中起着非常关键的作用。
无论是地球还是其他物体,都会受到他人的引力,这就是牛顿的“万有引力定律”的基础,同时也表现出来地球对其他物体的引力,这是现代人们对于科学认知的进步。
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