宇宙天體為啥能飄在空中?為啥沒掉下去?有什麼神秘力量?

在我們的銀河系中,一共有1000~4000億顆恒星。在宇宙中,大約有20000億個星系。

這些恒星和星系都有著自己的運行規律,有的靠近我們,有的遠離我們。但是,它們無一例外的是,每一個天體都懸在宇宙空間中,沒有任何的依托。

奇怪了,為什麼這些天體能夠飄在空中呢?它們為什麼沒有掉落下去呢?這個問題看起來有點無厘頭,但我注意到很多網友都有這個疑問,今天就來和大家說說。這里面的門道,還真不少。

首先,咱們通常說到的某個東西「掉下去」,其本質不是向下運動那麼簡單,其實是由于受到地心引力的作用,朝著引力的源頭——地心靠近的結果。只不過物體和地心之間隔著阻礙,也就是地面,所以它在墜落到地面的時候,二者的力達到平衡,停止了運動。整個過程在我們看來,就是物體掉落的動作。

總結一下就是:掉落是一個相對的動作,本質上是萬有引力的結果。

在太空中,宇宙天體都處在微重力的環境中。如果它們要「掉」到什麼地方去,那麼就需要有一個更大的「地球」,通過引力吸引它們并使其在「地面」停止運動,達到平衡才可以。實際情況是,宇宙空間就是我們已知的全部,沒有更大的「地球」能夠容納、吸引和承受所有這些天體,它們朝哪里落呢?

說起來,這些天體所處的狀態和我們頭頂上的航天員是相同的原理,由于身處微重力環境下,并沒有受到地球的吸引,所以不會落下去,而是飄在空中。

那麼,天體和航天員處于太空之中的時候,真的不受到任何引力嗎?這顯然是不可能的。

以地球本身為例,它就在太陽的引力范圍內,受到太陽的吸引。可是,它為什麼沒有掉落到太陽上去呢?這是因為,地球擁有一個公轉的動作,其公轉方向和太陽引力的方向達到了垂直的狀態。在這種情況下,太陽的引力無法改變地球的運行規律,而只能改變地球的運行方向。

但是,即便運行的方向有所改變,但仍然始終處于和太陽的引力相互垂直的狀態,所以能夠一直保持不掉落到太陽上。

你可能會想,這就是高中物理學過的勻速圓周運動,但其實不然。早在差不多四百年前的時候,著名天文學家開普勒在提出行星三大定律的時候就告訴我們,行星的軌道都是橢圓的。以地球為例,最近的時候距離太陽大約1.47億公里,遠日點時距離太陽大約1.52億公里。

太陽系、乃至整個宇宙中的天體,都是一樣的。盡管有著不同的偏心率,但它們的公轉都是橢圓形的軌道。哪怕是我們頭頂的月球甚至是中國空間站,也是橢圓形的軌道,只有這樣的軌道能夠保持穩定的公轉。

這里提到的穩定,其實也是相對的。我們知道,宇宙中沒有什麼是永恒的,天體的公轉也是一樣的。以空間站為例,雖然位于400公里的高空,按照傳統概念來看是離開了大氣層,但這里仍然有非常稀薄的大氣,阻礙著空間站的運行。因此,空間站處在極其緩慢的減速過程中,這會導致它逐漸靠近地球。所以,空間站定期會修正軌道,否則就會墜毀。

宇宙天體也是一樣的,以火星的衛星火衛一為例,它和火星之間的距離是九千多公里。根據天文學家的觀測,它正以每年1.8厘米的速度發生軌道衰減,未來很有可能會墜毀在火星表面。還有人推測,歷史上已經有很多衛星墜毀在木星、土星這樣的行星表面。

別說是衛星了,星系之間也會有這樣相互吸引情況。在一百多億年的歷史中,銀河系已經和許多星系發生碰撞了,從本質上講,這種碰撞不就是一個星系「掉在」另一個星系上了嗎?

所以,大家說宇宙天體全都不掉落,也是不準確的,只是掉落的那些都已經看不到了而已。

也不是所有的天體都在往下掉,還有一些天體是在遠離的。比如我們頭頂上的月亮,正在以每年3.8厘米的速度遠離地球,這和火星與火衛一的關系恰好相反。天文學家推測,月球比較巨大,對地球的影響也不小。在幾十億年后,二者可能會互相潮汐鎖定,最終達到平衡。到那個時候,地球上就只有一面能看到月球了。

其實,所有這些天體的運行規律,動力來源只有一個,那就是引力。愛因斯坦的廣義相對論告訴我們:所謂的引力,其實是天體的質量扭曲時空所表現出來的一種現象。天體的質量越大,在周圍形成的時空曲率就越大。圍繞它公轉的天體只是因為時空的凹陷,出現了我們看到的運行模式。

由于人類是三維生物,難以理解四維時空,所以人們在描述相對論的這個意義時,都會用二維的網來模擬三維空間的扭曲。

其實,我們也可以利用這樣的方法,來理解天體為何沒有「掉下去」的問題。其實,宇宙中的天體都處在這樣的「網」上,而且是三維的「網」,從這一點來看,它們已經「掉」在現有的位置上了。大家用二維空間的思維來思考,自然覺得難以理解,如果從三維空間的角度來思考,問題就迎刃而解了。

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