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为什么太阳重达2000亿亿亿吨,还能悬浮在宇宙中不掉下来?

在印度有一种悬浮术,经常有人在大街上进行表演,看起来就像是克服了地心引力悬浮在空中一样,这是非常诡异的行为艺术。当然我们都很清楚悬浮是不可能的,十九世纪牛顿发现万有引力定律,认为苹果瓜熟蒂落和月球高悬空中本质上是相同的,都是因为引力的存在。

向上抛出物体,它们受到地球的引力作用,最终会坠落到地球表面,这是一种力的结果,但力的效果并不唯一,它可以让物体坠落到地球表面,当然也可以让物体“悬浮”在空中。例如地球轨道上的人造卫星,它们时刻在绕着地球运动,地球对它们的引力作用效果就是“漂浮”在空中,要想理解这种现象,我们就从原理上来说明。

牛顿大炮思维实验

万有引力是牛顿最先发现的自然科学理论,让我们了解天体运行的基本作用力,实际和地球让物体坠落的力是相同的本质。在高中物理课堂上我们学习过物体的平抛运动,一个小球水平飞出,它只受到地球的引力作用,这给他一个向下的作用,最终它会落在地球表面,飞行轨迹就是一条抛物线。那么落地点和出发点之间的距离主要与这个小球的出发高度以及初速度有关。

当不去考虑高度这个原因,那么随着平抛运动中小球的初速度越来越大,它的水平飞行距离会越来越远。以这种思维方式为基础,牛顿认为如果在一座高山上架起一座大炮,这座大炮不断的发射水平方向的炮弹,随着初速度的增加这颗炮弹的落地点会越来越远。最终形成一个结果,当这个水平距离超过了地球的半径,那么意味这颗炮弹将一直向前飞行,永远都无法坠落到地球表面。

但是从某一个时刻开始,这颗炮弹是具有向前飞行以及向下坠落的趋势,但是看上去这颗炮弹的确是漂浮在高空中。这就是我们无法彻底理解的“天体漂浮”。此前有朋友提到过,无论是地球还是太阳,它们都漂浮在宇宙空间中,那么它们为何不坠落下去哪?

太空中的“下”是指的什么方向?

天体要想坠落,那么就必须要有方向才行,有很多朋友说太空中并没有方向,因此它们无法坠落。但实际太空中也是有方向的,所有的天体看上去都是在悬浮,其实跟地球轨道上的人造卫星一样。

在地球表面常规意义的下指的是指向地心的方向,实际上也是受到引力的方向。那么把这种思考方式放到太空中也是准确的,首先看地球漂浮在漆黑的宇宙空间中,那么它真的是在漂浮吗?

实际上并非如此,地球绕太阳进行公转,受到太阳的引力提供向心力,让地球一直绕着太阳运动,整个过长看上去是漂浮在宇宙空间中,但本质上地球时时刻刻都在向太阳撞去,只不过要考虑到它的飞行轨道,正像是牛顿大炮思维实验一样,它永远也无法坠落到太阳表面,但却是有这样的趋势,地球在太空中的下就指的是地球和太阳连线指向太阳的方向。

那么太阳如此之重,它是如何漂浮在那里的?

在引力的作用下,所有的天体都在运动,并且形成一个个天体系统等级。首先是地球和月球构成的天体系统,月球绕着地球公转,它时刻都有撞向地球的趋势,只不过引力提供向心力,它无法坠落下来。而同样地球绕着太阳转,在太阳系内太阳就是核心天体。同样如此,太阳也带着八大行星以及大量的小行星、矮行星、彗星、天体碎片等绕着更重的质心运动。

太阳系位于银河系的一条旋臂之上,和银心的距离大约是2.6万光年,它正以每秒钟240公里的速度绕着银心运动,大约2.2亿年之久,才能绕银心一圈。与其说太阳漂浮在那里,还不如说太阳带着整个大家族有向银心撞击的趋势,在这里所谓的下就是指向银河系中心的方向。

当然在银河系之上还有很多的天体结构,都是一环套着一环,大家并不是单纯的悬浮在宇宙深空里,而是在自己的小系统里受到引力作用,从而才进行公转。看上去是悬浮在那里,实际上就是在向下坠落,只不过永远都无法坠落到中心天体表面之上,但却一直都有这样的趋势。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。