星球为什么能浮在宇宙中?
星球为什么能浮在宇宙中?
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应该是围着某个点做运动,一旦停止就会灰飞烟灭
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我们人类生活在地球上,这种脚踏实地的感觉可真好。然而地球、月球、金星、水星和太阳等等星球看上去都是“悬浮”在虚无缥缈宇宙中。这些星球都是这么的“重”怎么会浮在宇宙中的呢?我想很多朋友都会有这样的想法,觉得这很不可思议。
宇宙中星球
关于这个问题,我们不妨反过来考虑,“这些漂浮在宇宙中的星球会掉下去么?”咱们从生活当中最简单的现象开始讲起吧。我们弯腰从地上捡起一块石头,然后只要一松手石头就会掉到地上。我们知道这其中的原因。石头受到了地球的引力影响而掉到了地面上。
如果我们用力把这块石头扔出去,你会发现什么呢?石头会在空中飞行一段距离后才落到地面上。如果我们用更大的力气扔石头呢?很显然石头会飞上更远的一段距离再落到地面上。我们在加把劲扔石头呢?石头是不是飞得更远一些,在空中停留的时间会更久一些呢?为什么会这样呢?我们用更大的力气将石头扔出去,是赋予了石头更快的飞行速度。
扔石头的小孩
你是不是在想,如果我们给石头的速度足够快,它会不会一直飞下去而不会落到地面上呢?这个问题牛顿也思考过。牛顿想啊,要是在高山上架上一门大炮,只要这门大炮的威力足够大,炮弹的速度足够快。炮弹就会围绕着地球不停地做圆周运动而不落到地面上。后人把这门神奇的大炮叫做牛顿大炮。
那么炮弹需要多大的速度才能永远不会落到地面上呢?牛顿计算出这个速度是7.9公里/秒,即第一宇宙速度。当炮弹速度达到7.9公里/秒的时候,它就不会落到地面上了。我们在地面上观察这枚炮弹,它是不是一直“悬浮”在空中了呢?
牛顿大炮
利用这个原理,我们现在把人造卫星送到了太空中。下一步我们再观察地球上空的人造卫星。人造卫星位于地球上空几百公里到几万公里不等的外太空中。特别是位于地球静止轨道上的人造卫星,它们相对于地面来讲是静止不动的。它们怎么浮在太空中不掉下来呢?原来它们看似不动,实则是在以3.07公里/秒的速度围绕着地球转动。它们跟牛顿大炮发射出去的炮弹一个道理。哪一天如果这些人造卫星动力不足速度降下来了,它们就会坠落到地球上了。
地球上空的人造卫星
同样的道理,距离地球38.4万公里的月球也是这样的。漂浮在宇宙中的月球也在围绕着地球转动。月球围绕地球的公转平均速度是1.023公里/秒。从地球上看,月球和人造卫星的区别无非就是月球比人造卫星更“高”一些。它们都是在围绕着地球转。如果它们掉下来都是要掉到地球上的。
地球和月球
那么地球、金星和水星等这样的行星呢?它们会掉到哪里呢?很显然,它们是在围绕着太阳旋转。地球围绕太阳公转的平均公转速度是29.78公里/秒。而距离太阳最近的行星,水星的平均公转速度是47.87公里/秒。地球、水星和太阳系内的一切天体看似浮在宇宙中,实则它们都是在围绕着太阳飞快的旋转,就像是人造卫星围绕着地球旋转一样。如果它们的速度不够快就会发生坠落掉到太阳上面。
水星和太阳
太阳系中的星球为什么没有掉落到太阳上面呢?太阳系内的天体都会受到太阳的引力影响,有坠落到太阳上的趋势的。因此它们要想不被太阳的引力拉过去,就得保持一定的速度围绕着太阳转。这样星球公转产生的离心力和太阳施加的引力达到了平衡,它们就“浮在”宇宙中而不会掉到太阳上面了。它们也是牛顿大炮打出去的炮弹。
太阳系天体的运动
我们搞明白了太阳系中的星球为什么能够浮在宇宙中,那么其他恒星身边的星球也是一个道理的。太阳和银河系中的所有恒星又在围绕着银河系的中心转动。太阳围绕银河系中心的公转速度大约220公里/秒。其它星系的恒星亦是如此。它们同样是牛顿大炮打出去的炮弹。
银河系天体的运动
银河系和附近的星系又受到本超星系团中心的引力影响。据科学家观测,银河系和所在的本超星系团正在以每秒钟600公里的速度奔向宇宙中一个巨大的引力中心。科学家把这个神秘的引力中心叫做巨引源。
宇宙中的星球就是这样一环套一环,环环相套。我们要明白一点,星球并非静止不动的浮在宇宙中的,它们都是在永不停止地运动着的。这就是我们常说的“静止是相对的,运动才是绝对的。”是不是这样呢?一起聊一聊吧!
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问题:星球为什么能浮在宇宙中?
这个问题已经讨论多次了,既然还有人没弄明白,就再简单说一下。如果我告诉你,星球根本没有漂浮在宇宙,你信吗?
有漂浮星球想法的认知还停留在古代。
如今还没明白这个道理的,基本是没读过书或者读书时不认真,读过的东西等于没读,因此就什么也不知道。这样这些天真朋友们的思维就还停留在古代:天圆地方,大地是浮在大海里一只巨大的鳌鱼肩上,天就像一个罩子罩住了大地,日月星辰就是浮在天上的神袛。而鳌鱼常年四季的托着大地,也有累了的时候,打个盹或者换个肩,地震就来了。
哈,多么美妙的一通自圆其说,让人充满了遐想,整个想象基本符合人们日常生活吃饭拉屎逻辑,由此流传了几千年,越来越神,人们把天地人分为三界,神界、鬼界、人界,后来又出了个魔界,不在三界中,是最难对付的。
这些传说,是由于古人对大自然天地风雷雨电完全不理解,凭想象得出的,经过很多代“圣人”的补充完善,就越来越“圆润”了。这种传说在世界各地都有,虽然各有各的神袛,说法有些差别,但大同小异,都差不多。
依据生活常识揣度宇宙,就有了星球漂浮说。
人们之所以会感觉星球都是漂浮在太空中,主要是由于在我们生活中,有了上下左右东南西北的概念,用这种感受来判断确定方位。古代认为站在地上,脚下就是下,头顶就是上,根据左右手和面向而定为前后左右,而太阳出来的地方就叫东方,落下的地方就叫西方,相邻的两方就成了南北,从此有了东西南北。
这样在地球上,我们看到的日月星辰就似乎都“漂浮”在“上面”。其实这只是人们在地球上的感觉,如果我们站在火星或者金星上,就会感觉地球在我们的“上面”。
其实在地球本身也无所谓上下,我们现在都知道大地不是被鳌鱼扛在肩上的方形,而是一个球形,在相对我们的另一半球面,就有美国,那里的人们也在地球上看着日月星辰,那么我们判定哪边是在“上”,哪边是在“下”呢?
其实,牛顿时代我们就知道太空中没有上下之分。
公元前,古希腊就萌发了科学之芽,就有人认为地球是圆的,但地心论统治了人类几千年。在地心论主导下,人类脚踏实地,星球当然是漂浮在太空了。哥白尼的日心说开启了现代科学的大门,伽利略发现了木星四颗卫星,牛顿发现了万有引力定律,从此人类开始用科学发现的自然规律来解释世界。
300多年前,牛顿的万有引力就解释了世界所有的物体,包括宇宙星球都是在万有引力作用下运行。万有引力定律公式为:F=GMm/r^2。这里的F代表引力值,G为引力常数,M和m为引力相互作用大小天体质量,r为它们之间质心距离。
万有引力定律公式阐明了引力大小与质量成正比,与引力作用双方物体距离平方成反比。在宇宙中,任何物体都有引力,万有引力让各种星球生成了重力,地球重力把人类以及地球上一切物质都吸引在地表,人们感觉的上下是以重心为下,反之为上。而地球在不停的围绕着太阳公转,且有个自转轴,地球像车轮一样围绕着这个轴在不停地自转,这样我们就有了1天24小时,有了白天和夜晚。
东南西北是根据地球自转来确定的。
现代科学把地球自转轴两端称为南极和北极,把南极方向称为南方,把北极方向称为北方,把地球自转前进方向称为东方,反之称为西方。地球由西向东转,我们看到的就是太阳和日月星辰从东方升起,从西方落下。其实太阳和日月星辰相对没动或者动得慢,是地球在转动,形成了相对运动视觉错觉。
因此科学的认识是,一切天体运行都遵循万有引力定律在运动,在太空没有上下左右之分,只有引力发生着作用。当然现代科学认为,暗物质和暗能量占据着宇宙中绝大部分质能,因此实际上对宇宙膨胀和引力收缩起着主导作用,这是一个很长的话题,今天不展开说。
300年前,具有科学精神的人们就知道在这个世界,地球并不是中心,而只是宇宙中一个可以忽略不计的小尘埃。但在我们周围,许多以坚守千年文明自居的人们,没有很好地学习接受现代科学思想,依然信奉着古老传说,生活在悠哉悠哉的远古“文明”梦游中,并且以此为荣。由此就有了“为什么这些星球都漂浮在宇宙”的浮想。
宇宙之大超乎想象,星球没有漂浮,只是运行在各自引力场中。
现代宇宙学认为,宇宙是一个巨大的空间,这个空间可观测范围半径达到465亿光年,光年是什么意思?就是光在真空中走1年的尺度。科学界给光年界定了一个精确时间,就是1个儒略年,为365.25天,这样光年就有了准确的尺度。真空光速精确值为299792458m/s,1个儒略年为31557600秒,1光年光速就可以行进9460730472580800米,一般简化为约9.46万亿千米。
这还是可观测宇宙,大爆炸标准宇宙模型认为还有两个不可观测宇宙,范围无法估量,这里就不展开来说了。宇宙中一切天体都是在万有引力作用下形成并运行的。宇宙天体中最多的就是恒星,恒星是由星云在自身引力作用下渐渐聚集坍缩形成的,行星只是恒星形成过程中剩余的一点边边角角渣滓组成,这些天体诞生后,又是在万有引力作用下运行的。
众多恒星在万有引力作用下聚集成星系,星系又聚集成星系群(团)、超星系团,直到形成巨大的天体结构。已知可观测宇宙中可能存在万亿个以上的星系,我们所在的银河系只是这万亿星系中的一员,而银河系就有恒星4000亿颗,我们太阳只是这4000亿颗恒星中普通一员。
而太阳质量是整个太阳系的99.86%,因此太阳系八大行星以及小天体都围绕着太阳运行。而地球只是太阳质量的33万分之一,因此我们地球实在够不上宇宙中一粒尘埃,完全可以忽略不计。但由于这粒尘埃上聚集了70多亿人类,就有了这样或那样的想法,就妄议起这个偌大的宇宙,就把自己当成定海神针,才会有“星球为什么浮在宇宙中”的荒谬想法。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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宇宙中的所有物体都是靠互相依赖、互相挤压和互相转化而生存或演化。它们之间的“空间”真的是空的吗?其实人类自以为的“空间”,里面充满了未知!
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这个问题之所以成为一个问题,是因为许多人有一个潜移默化的感觉:所有的力都必须通过直接接触来传递。他们无法想象,一个物体可以直接作用到远处的另一个物体上,把它吸引过来或者推开。
对古人来说,这是一个“常识”。即使是力大无穷的楚霸王,也需要接触到鼎才能把它举起来。所有的杠杆、滑轮、斜面、齿轮等机械,都需要直接接触。
但学过科学的人就知道,这个“常识”是个错觉。
磁力就不需要接触,一块磁铁可以把远处的铁吸过来。实际上,这正是磁力被称为“磁力”的原因:古人把磁铁吸铁比喻成慈母怀抱婴儿。
万有引力也不需要接触。任何两个有质量的物体之间都存在万有引力,无论它们之间相距多远,这是牛顿的伟大发现。无论是苹果落地,还是炮弹的轨迹,还是行星绕太阳的运动,都是万有引力的结果,都符合同样的规律。这确实是个非常违反直觉的发现,有一个有趣的故事为证。
万有引力
古希腊数学家欧多克索斯提出过一套纯数学的太阳系模型,跟当时的观测数据符合得很好。这个模型最大的特点是,各个星球互相不接触,各自在自己的轨道上运行。
欧多克索斯的理念其实相当符合现代科学:他的目标只是让他的模型符合观测事实,并不在意“运动的机制”。牛顿力学、相对论、量子力学都是这种理念的产物。为什么科学理论不在乎“运动的机制”呢?因为一般人想到的所谓机制,只是来自日常经验或者老的理论的一套让他们觉得熟悉的说法。但之所以要提出新的理论,正是因为老的理论已经不足以解释新的实验现象了。这时科学家的做法就是,不管三七二十一,先找到一套数学模型能够定量地描述实验现象再说。当人们熟悉了这套新理论之后,就会认为这套理论就是“机制”了,——这其实是个心理效应。
欧多克索斯的模型虽然符合观测数据,但亚里士多德(对,就是那个著名的哲学家)却对它很不满意。为什么呢?因为星球之间不接触啊!亚里士多德问:没有接触,谁来传递力呢?于是他在欧多克索斯的模型中加了29个球,让一个球的转动能通过实际接触推动另一个球。结果是,他的模型对可观测现象的预测跟欧多克索斯一样,复杂程度却无谓的大为增加。
在有科学素养的人看来,亚里士多德的“改进”是可笑的画蛇添足,这正反映出他不懂得上述的科学理念。而在提问“星球为什么能浮在宇宙中”的人看来,亚里士多德做得完全正确吧!
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