地球重60万亿亿吨,为啥能飘在太空?宇航员:我真怕地球飘走
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2024-05-09 12:05:48
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原标题:地球重60万亿亿吨,为啥能飘在太空?宇航员:我真怕地球飘走

人类对宇宙的探索自古而今,由最初的天文学举世无双到如今的登陆月球,宇宙无疑看成了人类永不熄灭的兴趣点。

地球这颗巨大的“石头”,从我们诞生之日起就挂在了我们头顶上,人们都不禁会思考为什么地球不会掉下来,为什么它能悬浮在太空中。

其实,我们都知道这是由于地球的引力吸引力,但问题又来了,为什么这么重一个地球就能悬浮在太空中呢?

这似乎是个大家都热衷于探讨的“悬浮之间”,那么,地球为什么不会掉下来?

一、地球的引力吸引力是什么 1797年,亨利·卡文迪许完成了对地球密度的精确测量,这也被称为地球的引力吸引力。

他使用的实验装置是由约翰·米切尔设计的,但米切尔在设计完成后不久去世,将装置遗留给了亨利·沃拉斯顿。

最终,沃拉斯顿将装置转送给了卡文迪许。

这个实验装置由两个重达350磅的铁球和扭秤系统组成,专门用来测量地球的引力。

扭秤中间有个小镜子,通过镜面的倒影可以看到光线与镜子的角度变化,从而测量铁球对扭秤的引力大小,以此来推出地球的平均密度。

可以想象,当时测地球的密度也是相当的不容易,这个实验也是一次对科学家实力的高水平考验。

卡文迪许的目标是测量两个铁球之间的引力吸引力,以此来推断地球的平均密度。

为了消除气流对实验的干扰,卡文迪许将装置放置在一个密闭的环境中。

当两个铁球在一起时,理论上它们之间会存在引力吸引,这会导致扭秤产生微小的转动。

通过使用一个远处的固定标志物和一个远处的望远镜,卡文迪许可以测量扭秤的水平变动,最终他测得了万有引力常数的值,即G为6.67×10^-11N·m2/kg2。

这个数值是在实验室测得的,所以有一定的误差,但可以认为他的测量值是相当接近真实值的。

通过万有引力常数,科学家就可以计算地球的平均密度,传统上,科学家总结出地球的平均密度大约是5520千克/立方米,卡文迪许的实验装置虽然简陋,但其测量结果被认为相对准确。

而地球的重量就是由质量乘以引力加速度而来,可以说地球的引力吸引力就是由它的重量来产生的。

地球质量是根据它的体积和密度来计算的,而地球的引力加速度是物体下落的速度,实际上这也就是传说中的“纸上谈兵”,但这些基本的概念打下了地球为何不会掉下来的基础。

二、引力的突破与相对论 从牛顿第三定律出发,人们普遍认为引力是由物体间的相互吸引而产生的,任何两个物体之间都会产生引力,但这与牛顿第三定律自身有一定的矛盾,比如常见的问题,我们站在地球上,地球对我们产生了引力,我们站在地球上也对地球产生了感官,为什么地球不会飞上天空?

换句话说,按牛顿的第三定律,我们站在地球上,如果地球对我们有引力,那我们对地球也应该产生引力,根据这个定律,当我们站的压强大于地球对我们的引力时,我们不应该直接掉下来吗?

话虽这样说,但地球通常不会飞向天空也正常,那么牛顿的理论哪里出了问题呢?

当然是牛顿的第三定律,这个定律只适合在小的物体上,或者在低速的运动中,当物体的大小很大的时候或者运动速度很快时,牛顿的第三定律就会出现一定的误差。

牛顿的第三定律认为两个物体之间的引力作用是相等的,这也可以理解为物体是按照直线运动的,当物体是小的时候或者速度较低的情况下,这个定律可以适用,但当物体速度较快时或者体积过大时,这个定律就不能适用了,牛顿的第三定律也只是引力中的一个谜团。

而广义相对论则为引力破局,1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,从这个理论中,人们才真正明白了引力作用的本质是什么,简单来说,广义相对论告诉我们,引力是由于物质和能量而引起的,爱因斯坦认为,凡是质量和能量的东西都能产生引力,只要是有质量的东西,比如地球、太阳等,都能产生一个引力场,而地球上的物体无非都是受到地球的引力场的影响,这场引力场会弯曲周围的时空,使得物体产生类似于引力的效应,这也就是为什么我们被地球的引力而不会飞走的原因。

地球是一个中等的行星,有着不小的质量,所以地球形成自己的引力场,其实太阳也一样,因为太阳的质量十分庞大,远远超过了整个太阳系的质量,所以不难理解太阳的引力场可以影响整个太阳系。

而广义相对论告诉我们,物质和能量会影响周围的时空结构,所以在这个引力场中,所有的物体都会沿着弯曲的时空线运动,这也正是地球绕着太转,为什么不会向太阳的原因。

从中我们也可以得知,引力产生的根本原因是由于其周围的时空结构发生了变化,而不单单是牛顿所说的物体之间的相互吸引。

三、太阳为什么不会掉下来 我们都知道,太阳是我们太阳系的中心,除了太阳之外,所有的行星和天体都绕着太阳转,这也是我们所说的日心说。

那么根据我们之前所了解的理论,太阳为什么不会掉向我们所说的“肥肉坑”呢?

我们都知道,太阳的质量十分巨大,而它自己也是绕着银河系中心转动的,在这两者的相互作用下,太阳形成了一个类似于凹陷的引力场,该引力场能够影响整个太阳系中的所有天体,我们可以理解为,在这一个引力场里面,太阳就像是一个高高地放置的大石头,而太阳系中的星球就是天然形状各异的小石子,因为太阳的引力作用,所有的星球都可能会被吸引到太阳周围,但因为引力场的弯曲,它们就会在中途停下来,这也解释了为什么地球并不会飞到太阳上去。

虽然太阳系是由太阳的引力场的影响下而形成的,但这并不代表太阳系本身不会运动,事实上,它所在的银河系统就像是一个庞大的“舞台”,太阳和其他天体也在这个“舞台”上进行着各种不断的运动,它们不但围绕着太阳运动,而且还随着太阳一起绕着银心运动。

我们都知道,银河系的中心有一个超大的黑洞,其引力强悍,因此可以猜想,它十分有可能会对本星系中的所有天体产生影响。

因此,我们可以认为银河系的结构和黑洞的引力场就好像是“提线木偶”中的线,而这些线的存在就意味着太阳和其他所有天体都被牢牢地绑定在这个结构上,因此,我们也就不用担心太阳会掉下来的问题了。

我们都知道,从人类诞生以来,对宇宙的探索一直是人类永不停止的目标,虽然我们在这个过程中已经积累了一定的知识储备,但相比起宇宙无限的广阔,我们所了解的知识只是冰山一角而已,希望我们有能力也有机会能够揭开宇宙的面纱,探寻宇宙的奥秘。

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