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每秒630公里!地球正在宇宙中飞速前进,目的地是哪里?

相对论告诉我们,宇宙中不存在绝对静止的物体,静止是相对而言的,运动才是绝对的。当我们在地球上坐着不动时,地球其实正带着我们在宇宙中高速飞行,最快速度相当于每天前进5440万公里,而我们对此却全然不知。那么,地球在空间中的运动速度究竟可以快到什么地步?目的地又是在哪里呢?

首先,地球自身在绕着地轴自转,大约24小时转动一圈,这就是为什么我们会感受到日月星辰的东升西落。在地球上的不同纬度,自转的线速度会有很大差异。在赤道附近,每秒转动465米。在纬度为45°的地方,每秒转动328米。到了纬度75°的地方,速度只有120米/秒。

其次,地球受到太阳的引力作用,绕着太阳公转。根据太阳的质量以及日地距离,可以算出地球公转运动的平均速度为29.78公里/秒。由于地球公转轨道不是完美的圆形,所以它的轨道速度不是匀速的。

在每年7月初,地球转动到远日点附近,此时所受的太阳引力最弱,公转速度最慢,约为29.29公里/秒。在每年1月初,地球转动到近日点附近,此时所受的太阳引力最强,公转速度最快,约为30.29公里/秒。

就像地球一样,太阳不但有自转,而且也有公转。太阳是银河系2000亿颗恒星的一员,所有的恒星都在环绕银河系中心转动,我们的太阳也不例外。整个银河系的共同质量中心处在银心,太阳距离那里大约2.6亿光年。

银心是银河系的引力中心,这并不是因为银心有一个质量为太阳400多万倍的超大质量黑洞。相对于总质量高达太阳1万亿倍的银河系,这个超大质量黑洞是微不足道的存在,它不能在整个银河系中兴风作浪,最多只能影响附近有限距离内的恒星。

太阳带着地球及其他太阳系天体,以每秒230公里的速度在星际空间中穿行。太阳系每隔2.25亿年绕着银心转一圈,这个周期被称为1银河年。从太阳系诞生至今,我们才过了20个银河年。我们现代人类仅在地球上生活了0.001个银河年,宇宙目前的年龄约为61.3个银河年。

太阳系目前的前进方向为北天的三个星座――仙王座、天鹅座和蝎虎座。太阳系的行星盘面与银道面呈60度夹角,我们现在位于银道面以北至少75光年。从北银极俯瞰,太阳系的公转方向为顺时针。

未来,在银河系引力的作用下,太阳系运动到最北时,将会掉头朝着银道面南侧前进。事实上,太阳系一直在银道面上下方反复穿行,每过3200万年的时间,就会穿过一次银道面。

同样地,银河系也不是绝对静止,它带着包括地球在内的所有银河系天体在星系际空间中穿行。相对于250万光年外的仙女座星系,银河系正以110公里/秒的速度飞向它。

当我们谈论物体的速度时,其快慢取决于参照系的选择。相对于不同参照系,物体可以视作是静止的,也可以视作在运动。那么,在浩瀚无垠的宇宙空间中,究竟要如何给银河系找一个可靠的参照系呢?

虽然绝对静止参照系是不存在的,但宇宙中有一个相当好用的静止参照系,那就是宇宙微波背景辐射。至于这个特殊参照系是怎么来的,就要追溯到宇宙的起源。

138亿年前,宇宙从大爆炸中创生。由于早期宇宙很小,能量都聚集在一起,所以温度非常高。随着宇宙不断膨胀,光子扩散到新的空间,把能量分散开来,宇宙逐渐变冷。

138亿年过去了,宇宙最初发出的那些光已经散播到整个宇宙空间,让整个宇宙有着十分均匀的温度:-270.42 ℃,比绝对零度高了2.73 ℃。不管我们望向何方,都能看到宇宙最深处均匀地充满这些古老光子。由于宇宙空间经历了大幅度膨胀,导致那些古老光子的能量大幅衰减,它们已经变成了肉眼不可见的微波,这就是所谓的宇宙微波背景辐射。

宇宙微波背景十分均匀,温度波动只有十万分之一。不过,天文学家发现,狮子座和宝瓶座方向的温度波动相对较大,前者高了0.003354 K,后者低了0.003354 K。

这种温度异常波动源自于银河系运动产生的多普勒效应,在运动方向上光子发生蓝移,所以温度偏高,反之则因为光子红移而导致温度偏低。根据这种效应可以测出,银河系正带着地球以630公里/秒的速度(227万公里/小时)在星系际空间中快速前进。

至于为什么银河系以如此快的速度运动,天文学家推测遥远的地方存在着一个神秘而又强大的引力中心,它被称为巨引源,至少距离银河系1.5亿光年。巨引源的引力主宰范围可达几亿光年,附近包括银河系在内的几百万个星系都受其影响。

虽然地球正带着我们在宇宙中飞奔,但我们无法直观感受到。因为地球运行十分平稳,再加上宇宙太大,没有合适的参照物,我们根本无法察觉地球其实在快速运动。