经济的高速发展和社会当中盛行的“及时行乐”观念,使得许多人都想挣脱外部的束缚,不论是工作还是家庭,挣脱以后来一场自由自在的旅行是人们最向往的事情。
殊不知,其实就算我们每天坐在办公室里,也能做到“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”,而究其原因,就是地球在不断地做着运动。
大家初识地球运动的相关知识,大多都是始于中学,地理课本中详细地描述了地球运动的方式。在我们看来这是一种定点不变的旋转运动和圆周运动,却没想到地球一直在向着宇宙深处前行,一天可以“奔跑”5200万公里,难道地球真的也想去“流浪”吗?它到底要去哪里呢?
地球的运动
地球的运动具体可以分为自转和公转,自转的中心是地轴,公转的中心则是太阳。首先,我们先来看看自转。地球自转的方向是自西向东,我们站在两极看到的旋转有所不同,南极点上空是顺时针,北极点上空则是逆时针。
地球自转的的平均角速度大约是7.292×10-5弧度/秒,赤道部位的自转线速度是465米/秒。虽然我们现在一天的时间是24小时,但是实际上地球自转一周的耗时只有23小时56分钟。
并且根据科学家观测,地球的自转周期并不是永恒不变的,每隔十年的时间都会增加或者减少几秒,不过减少的数值很小,基本可以忽略不计。
地球自转带给我们最直观的感受就是让世界出现了“昼夜更替”,大家可以想象一下,假如地球不进行自转,世界会是怎样的。简单来说那时的地球就总会以固定的一面对着太阳,而另一面则处在永恒的黑暗当中。这种情况下,并不会有生物能生存下去,因为不管是“哪一面”的环境都十分恶劣。
公转则是指地球一直按照固定的轨道围绕着太阳系的“老大”做着运动,这个老大无疑就是太阳了。根据如今对太阳系诞生的说法来看,整个太阳系最初都是一片星云,后来坍缩之后物质聚集形成了最初的太阳。原始太阳再依靠着自己巨大的质量吸引空间当中的其它碎片聚集成的天体,并且将它们固定在一个位置,使其围绕着自己做运动。毫无疑问,我们的地球正是其中一员。
地球公转的平均线速度为29.78千米/秒,围绕太阳公转一周大约需要365.2564天,我们为了方便计算就将一年的时间约等为365天。随着公转运动的进行,会出现所谓的近日点和远日点。
总的来说,地球的自转和公转状态可能是在太阳系形成之初就有了,不过也有科学家指出地球运动的原因可能更加复杂,不仅是涉及地理学或者天文学,和物理学、化学等领域也有关。虽然我们现在探查清楚了地球运动的基本规律和运动时的具体数值,但是尚未能科学详细解释这种运动产生的根源到底是什么。
值得一提的是,地球表面上在做着这样变化不大且循环往复的运动,给了我们一种它一直固定在一个位置不动的错觉。随着科学家们深入研究发现,这种运动并不单是循环往复的,而是“向前”行进的。换言之,地球正在以每天5200万公里的速度向着宇宙深处奔跑,至于终点是哪里我们也无从得知。
太阳系带着地球跑
大家都知道宇宙的尺度非常大,其广阔程度早已超出了人类想象的范围。从前,人们在没有发明望远镜时,仅利用肉眼并不能有效地观测到宇宙。但是当人类第一次将望远镜对准天空时,就对宇宙的深不可测和人类的渺小有了新的认知,原来我们引以为傲的家园不过是千万亿颗星体当中平凡的一颗而已。
旅行者号回望太阳系拍到的地球
那么地球为什么在向着宇宙深处前行呢?实际上是因为我们所处的太阳系也在运动,而作为太阳系中的天体,地球当然逃不过和它一起“流浪”的命运。
从上文中地球公转的相关知识我们已经得知,太阳作为一个引力源,以引力牵引着太阳系内的各个天体,使其围绕自己做着运动。而太阳系不过是宇宙尺度当中微不足道的一个小系统,在太阳系之上有着更加广袤的银河系。
因此坐落于银河系悬臂上的太阳系,也在一直围绕着银河系的银心做着运动。太阳系的位置距离银心大约有2.4到2.7万光年,运动速度则是220千米/秒,需要2.5亿年才能绕行一周,与我们的365天相比,这个数字实在是太大了。
但是更恐怖的是,科学家发现在银心的位置存在着一个“巨大的黑洞”,它像是银河系中心张开大嘴的巨兽,正在牵引着系内的天体不断向它靠近。
银心黑洞
所以,地球每日奔跑5200万公里的原因终于找到了答案。太阳系其实受到了银心中心巨大黑洞的影响,所以在运动的过程当中可能也在向其靠近。要知道黑洞的引力可是宇宙当中最大的,吸引一个小小的太阳系并不是什么难事。
不过,大家也不需要过于忧心,担心我们总有一天会被这个黑洞抓取吞噬。根据科学家观测,这个黑洞质量约为太阳的400万倍,并为它命名为人马座A*,它之前的剧烈活动塑造了今天的银河系。
不过在经过那一阵的“暴饮暴食”之后,它就安静了许多,只是偶尔发出微弱的射电波,仿佛正在银河系中心“打呼噜”。沉睡的它对我们并不会造成太大的威胁,而且我们所在的悬臂位于银心的三环外,即使遭殃也要等到几十亿年甚至更久以后了。
地球要去哪里?
在我们的认知当中,奔跑总是有目的地的,那么地球奔跑的目的地又是哪里呢?以我们现在的科技无法给出确切的解释,但是却能根据现在归纳得出的宇宙天体运动规律做出一些猜测。
首先,我们需要明确宇宙的空间其实并无“上下左右”或者“东西南北”这些明确的方向区分,从某种概念来说它是“无限大”的。在这个无限大的空间当中,分布着无数的天体和星系,地球的奔跑实质是朝着一个未知的方向,不过为了便于理解我们就将它定义成“向前”。
其次,通过前文的解释想必大家都清楚了,地球的奔跑是追随着太阳系的,而太阳系又追随着更上层的银河系。因此地球此次旅行的终点实际上就是银河系的终点,银河系目前的终点是仙女座星系,大约40亿年之后它就会与其相撞。所以,地球要去的第一个目的地就是仙女座星系了。
至于相撞之后再合并成更大的星系,那个星系又将去往何方,我们就无法预测了。并且40亿年后,人类和地球或许早就不复存在了,在我们的有生之年是无法看到地球奔跑前行的终点的。
神奇的万有引力
不论是地球运动的规律,还是宇宙当中更大天体系统运动的规律,其实都是在受万有引力的影响。那么究竟什么是万有引力呢?它的本质又是什么?
1687年,牛顿在他出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出了万有引力定律——任何物体之间都有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比,而与它们之间距离的平方成反比。
万有引力的发现解开了不少困扰人类的谜题,比如为什么地球那么重,却能够悬在空旷的宇宙中?地球为什么能使月球绕着自己转,做自己最忠诚的保镖?这一切,我们都能在万有引力当中找到答案。因此,万有引力的发现也被誉为17世纪时自然科学最伟大的成果。
到了爱因斯坦时代,他再次对引力做出了新的解释。
广义相对论中解释:一个有质量的物体,会使它周围时空发生弯曲,在这个弯曲的时空里,一切物体都将然地沿测地线(也叫作“短程线”)运动,并表现为一块靠拢。
所以,从广义相对论的描述可以看出,万有引力的本质实际上是时空的弯曲。后世不少科学家利用爱因斯坦的引力场表达式Gab=8πTab,实行了著名的星光偏转实验,最终得到的数据和实际观测的数据完全一致。
宇宙中的天体正在与地球渐行渐远
迄今为止,广受认可的宇宙来源论就是“宇宙大爆炸”理论。不少人觉得爆炸结束后宇宙就完全冷却了,换言之,就是整体的格局固定不变了。其实并非如此,我们的宇宙如今仍旧处于膨胀当中,而这种膨胀效应使得不少天体正在迅速地远离我们。
这就是著名的哈勃红移定律,在1929年时,哈勃通过望远镜观测到了河外星系正在退行,它们和地球之间的距离正在渐行渐远。其推行速度v和距离d之间成正比,因此哈勃定律的计算公式为v=Hd。
这一消息使得人类感到沮丧,毕竟我们到现在都没有能力飞出太阳系,更遑论飞出银河系探索这些河外星系了。它们退行的速度远超过我们抵达的速度,也许那里存在其它文明,但是这样的退行使得我们没有机会与他们碰面了。
天体飞速运动
宇宙中的交通事故
诚然,虽然宇宙的广阔程度超乎我们的想象,但是其中的天体数量也很多。所以,宇宙当中运动的天体常常会相撞,这样惨烈的交通事故之前就发生在地球身上。
根据科学家推测,地球刚刚形成时就与一颗小行星发生了相撞,这次撞击使得地球直接被撞“歪了”,换言之我们之前并不是像现在这样“侧躺”着的。自转面和公转面之间23.5°的夹角就是形成于时,更有人说月球实际上是那颗小行星的残骸。再看看太阳系的其他星球,像天王星,就完全被撞得“躺倒”了,其自转运动像是在地上打滚。
因此,很难说地球在这样持续不断地前行中会不会再度偶遇其他的天体。假如再发生过去那样严重的撞击事件,那么地球可能又要变得生灵涂炭了。
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