【菜科解读】

为什么重达60万亿亿吨的地球，能够不受任何牵引的，悬浮在太空中？

1972年，阿波罗17号的宇航员在48万公里外的太空上给地球拍摄了一张照片，在这张照片里，我们的蓝色星球悬浮在太空中。

阿波罗17号是迄今为止阿波罗计划中的最后一个载人航天任务，因此这也是人类最近一次在太空中远眺母星。

人们给这张著名的照片命名：蓝色玛瑙。

可能很多人看到这张照片会忍不住去思考我们一开始提到的问题，地球为什么能悬浮在太空中呢？

古希腊的学者们就曾经思考过这个问题，当时，亚里士多德认为，地球上（月球下方）的万物都是由水火土气构成，而宇宙中（月球上方）的物质都是由以太构成的，因为构成不同，所以宇宙中的物质可以按照圆周运动运转，不存在下坠的事情。

这听上去跟没解释差不多，我们还是看看牛顿怎么说吧。

最终真正奠定天文学基础的是伽利略、开普勒和牛顿，牛顿的牛顿力学和万有引力，成功统一了地球上和宇宙上的物理学定律，也解答了地球悬浮的问题。

根据牛顿第一定律，力是改变物体运动状态的原因，地球上的物体会下落，是因为受到了地心引力和向心力的合力的作用，我们也把这个合力称为重力，重力的方向是竖直向下的。

牛顿提出过一个著名的思想实验：牛顿大炮。

也就是假设有一个理想的大炮，如果赋予炮弹一个初速度，炮弹的运动轨迹会像抛物线一样，最终落回地面上，由于地球是圆形的，如果炮弹的初速度下落的速率恰好和地球向下弯曲的程度一致，那么炮弹就会绕着地球运动，而不会落到地面上，这时炮弹的速度我们就称为第一宇宙速度，也就是7.9千米/秒。

这在当初只是一个理想实验，但我们现行已经应用牛顿的推论，利用现代科技制成了用于发射卫星的火箭，炮弹模拟的，就是地球的人造卫星。

其实地球绕太阳运行的原理与卫星绕地球运行的原理是一样的，地球也有一个大约30公里/秒的速度，由于受到太阳的引力，而绕着太阳运动，相当于太阳的卫星。

所以说，地球是没有向下坠的说法的，在太空中，根本没有所谓的上下左右，如果地球的初速度为0，那它的下场应该是坠入太阳。

牛顿对天体运行的解释很准确，但如果引力特别大时，万有引力定律的误差就会变大，爱因斯坦的相对论就弥补了这个缺陷。

在狭义相对论中，时间和空间共同组成时空，人类就生活在一个四维时空中，而在广义相对论中，爱因斯坦认为，引力并不存在，引力现象的本质就是时空的弯曲，更专业地说，是质量扭曲时空产生的几何跌落效应。

地球可以绕着太阳转，是因为太阳质量足够大，在太阳系中，太阳的质量占到了太阳系总质量的99.86%，而其他所有天体的质量加起来还不到1%，太阳压弯了周围的时空，所以地球只是沿着地球的测地线在运动。

这里的测地线是指地球沿着弯曲空间中最接近于直线的轨迹运动。

所以是地球在贴着时空的地面在跑，从三维空间的角度来看，地球就是在做圆周运动。

一个有质量的物体，必定会产生引力，引力的大小也跟质量成正比，在太阳系内，太阳的质量最大，所有的物体都在围着太阳转，但宇宙中比太阳更大的天体比比皆是。

而太阳自身，也在围绕着银河系中心的超大质量黑洞公转，与此同时，银河系也在围绕着室女座超星系团公转，整个宇宙就是一个在不断运行的空间范围，相互影响而又相互吸引。

但也有科学家提出了另一种看法，他们认为，除了引力这一因素外，能让天体悬浮的原因，还涉及到暗物质和暗能量。

暗物质看不见摸不着，但却被认为是宇宙物质的重要组成部分，既然看不见也测不到，科学家们为什么能肯定它的存在？

根据万有引力定律，离恒星越远的行星受到的引力越小，但经过观测，科学家们发现，处于远离银河系星系中心的恒星却不遵守这一规律，它们公转的速度更大，说明还受到一种神秘的力量的影响。

所以科学家们就将能产生这种力量的物质称为暗物质了，而暗能量是驱动宇宙运动的一种能量，它比起暗物质更加神秘，根据最新的观测数据，暗物质在整个宇宙中占了68.3%，暗物质占了26.8%。

可以说，暗物质和暗能量分布在宇宙的各个空间角落，他们产生的力量，应该也能托住宇宙中的天体。

这里是宇宙天文馆，记得关注我，我们下期再见。

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