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每秒600公里,地球以超快的速度正在穿越宇宙,我们却浑然无知?

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你好科普 2021-08-31 18:00

生活在这个世界上的人,每天都在运动。早晨,川流不息的人海。午间,奔跑在大街小巷的食客。夜晚,疲惫的人们点燃万家灯火。人的一生就在不停的运动中消磨。在我们的认知中,大地是静止无声的,但事实上地球运动的速度比人类快多了。

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Tips:自转Rotation,是指物体自行旋转的运动,物体会沿着一条穿越物体本身的轴进行旋转,这条轴被称为“自转轴”。

有句话是这样说的:离了谁,地球照样转,这说明地球的转动与人无关,地球一直处于快速转动之中。在我们的懵懂之中,地球正在以600公里/秒的速度穿越宇宙。那么,为什么我们感受不到地球的转动呢?为什么是以600公里/秒的速度运转的呢?

日心说与开普勒定律

太阳东升西落、四季晨昏变化、一天12个时辰,这些都是人人皆知的现象,但是要问为什么,可就难倒了一批人。那么是什么导致了这一切呢?答案是地球的公转和自转现象。地球围绕太阳公转一圈,就是365天,地球相对于太阳的自转就是1天24小时。这个概念,是21世纪地球人都知道的常识,但却没人知道这个常识是先辈们用鲜血和无畏的坚持换来的。

Tips:地球Earth,是太阳系由内及外的第三颗行星,也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星,距离太阳约1.496亿千米。

要知道这个常识,首先要正确认识地球在太阳系的位置,以及地球并不是静止的。但是光是让相关知识分子了解地球是不是宇宙中心,都花了1500年,普及到大部分的普通人的目标更是到20世纪末才完成。其中,最大的困难就是地心说的桎梏以及宗教的压迫。

Tips:太阳系Solar system,是一个以太阳为中心,受太阳引力约束在一起的天体系统,包括太阳、行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星和行星际物质。

遥远的古代,科学技术严重制约古人对星空的观察,只能凭借肉眼来认识、了解星空。没有科学的辅助,人们对于浩瀚无垠、变幻莫测的星空,不知觉地带上神学色彩,自然地形成了一种世界以我为中心或者神创论的思想。在这样的背景下,地心说诞生了。它的降生就带着一股神学味儿,古代希腊人认为只有永恒的、神圣的天体才能位居中心,让其它的天体围绕它做匀速圆周运动,而诞生了人类这一神圣造物的地球,自然是众星之中最高贵、最闪耀的,由此绵延千载的地心说诞生。

Tips:地心说,又名天动说Geocentric model。公元2世纪时它被体系化了,是地动说对应的学说。该学说是一种认为地球位于宇宙中心的地球中心学说,人类则住在半球型的世界中心。

地心说,虽然是由信仰诸神的希腊哲学家托勒密发展、完善,但是因为其地球是宇宙的中心论点,从而成为基都教会宣扬上帝的有力工具,在教会的洗脑下深入人心。因此,在16世纪哥白尼的日心说出现后,那些推动变革的先行者才会遭到教会的毒手。1592年,发展并完善日心说的学者布鲁诺被教会打成异端,烧死在罗马鲜花广场上。1633年,著名学者伽利略因宣扬日心说,被教会判处8年监禁,在出狱一年后病逝。日心说,在长期的争论和质疑中越传越广,最终取代地心说

Tips:日心说,也称为地动说,是关于天体运动的和地心说相对立的学说,它认为太阳是宇宙的中心,而不是地球。

在日心说取代地心说的“战役”中,有两大法宝帮助它战胜地心说,天文望远镜和开普勒定律。天文望远镜,让天文学家能够直观地看到远在几十万米远的天体。开普勒定律则使人们了解行星运动的过程。同时彻底推翻地心说,让人们知道地球不是静止不动的,而是一直围绕自己的轴心自转的同时还围绕太阳公转。

Tips:天文望远镜是观测天体、捕捉天体信息的主要工具。望远镜就开始不断发展,从光学波段到全波段,从地面到空间,望远镜观测能力越来越强,可捕捉的天体信息也越来越多。

地球围绕太阳公转,即围绕太阳做圆周运动,因此圆周运动的向心力就是太阳对地球的万有引力。因此得到公转速度公式为V=√GM/r,(G是万有引力,M太阳质量,r地太距离),算出地球自转的速度为465m/s,地球的公转速度为29.8km/s。

地球每分每秒都在高速穿行宇宙

29.8km/s,换算下来就是107000公里/小时,地球上最快的飞机也才1万1260公里/小时,快了近十倍。但是这个速度并不是地球转动的最大速度,实际上我们的地球正在以600公里每秒的速度在宇宙中穿行,那么这速度是怎么来的呢?这就要说到一个问题,参考系的选取。

Tips:引力Gravitation,即任意两个物体或两个粒子间的与其质量乘积相关的吸引力,是自然界中最普遍的力,简称引力。

当我们在运动时,速度是相对于静止的地面而言的。比如说,汽车相对于静止的地面是一个速度,比方说是40公里/小时,和正在行进中的人相比,人的速度5公里/小时,汽车相对于人就只有35公里/小时,速度又不一样了,这就是因为参考系数的不同导致的。因此地球在围绕太阳公转的速度是29.8km/s,不代表地球的公转速度永远都是29.8km/s。

Tips:物理学中用速度来表示物体运动的快慢和方向。速度在数值上等于物体运动的位移跟发生这段位移所用的时间的比值。

宇宙是无限的,在我们认知中广阔的太阳系也只是星辰大海中的沧海一粟。太阳系之外还有银河系、河外星系等等恒星系统。银河系是一个中间大两边小的馅饼状星系,直径约有10万光年,太阳系只是位于猎户座旋臂内部的一个小小的恒星系统。太阳系距离银河系中心有2.64万光年,地球绕银河系一周要花2.2亿年的时间,算下来每秒250公里。250公里每秒的速度的什么概念,地月距离是384400公里,地球去月球只要26分钟不到半小时。也就是吃饭的功夫,他就从地球跑到月球了。

Tips:银河,是指横跨星空的一条乳白色亮带。中国古代又称天汉、天河、河汉、银汉、星河、星汉、云汉,在欧洲古代古希腊称为γαλαξίας “乳之路”。

然而每秒250公里还不没到我们的终极速度,我们自以为广阔无边,无法逾越的银河系实际上也只是另一个超级星系的一部分,这就是室女超星系团。室女超星系团属于室女座,外形像是一块鸡蛋饼,直径大约是1.1亿光年,包括银河系在内的数百万计的星系群都围绕着室女座星系团运转。地球所在本星系团只是室女超星系团边缘上的不起眼的一个小点。地球与超星系团中心的距离是6000万光年,以室女超星系团为中心,地球的公转速度就到达了600公里每秒的超级速度。以这个速度飞行,不需要半小时,只要10分钟就能从地球飞到月球,这样来看飞出太阳系也就是几天的问题。

Tips:室女座超星系团包含约100个星系群与星系团,室女座星系团约位于其中心位置。 本星系群位于室女座星系团的边缘并且仍在继续向远离室女座星系团的方向移动。

但600公里每秒的速度并非是我们的极限,在有室女超星系团之外还有广阔的空间正在等待我们的探索,宇宙何其宽广,即使穷尽一生难窥其中万一。不过,随着科技的发展,我们对于宇宙的认识会逐步地扩大,也许在下一个时代,地球的最大速度又将发生飞跃式的改变

Tips:物理宇宙被定义为所有的空间和时间(统称为时空)及其内涵,包括各种形式的所有能量,比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等。

不过,即使地球在以每秒600公里的速度运转,但生活在其中的我们却恍然未觉呢?这是怎么一回事呢?

参照系不同,让我们无法感知地球的运动

答案还是参考系。因为生活在我们是以视觉、触觉、听觉等器官来察觉运动状态的,但是在地球的运动中我们没有察觉到地面在动,因此我们无法感知地球的运动。这是因为人实在是太渺小了,相对于动辄光年的星系,人的质量太小了,星系之间的作用力传到人的身上,就像不存在一样,因此人无法感知地球的高速运动。

Tips:视觉是一个生理学词汇。光作用于视觉器官,使其感受细胞兴奋,其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉vision。

因此,即使我们脚下的地球正在以几百公里每秒的高速在宇宙中穿行我们也没法感知,这就像蚂蚁无法感知人的运动一样。

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