為什麼月球不會掉落到地球上?17世紀的時候,年輕的牛頓一直被這個問題困擾著,在1666年的一天,一個蘋果把他砸醒了。
靈感像泉水一樣噴湧而出,奮筆疾書,得出了萬有引力定律,這是人類第一次通過數學公式(F=(Gm1m2)/r²),簡單明了地表達質量和力之間的關係!
有了萬有引力,就很好解釋為什麼月球會一直漂浮在空中了,因為月球在地球軌道上高速運動。
地球對月球的引力,與月球環繞地球運動產生的離心力相平衡,兩個力相抵消,這是它不會掉下來的原因。
我們知道,離心力和它運動的速度有關,速度越快,離心力就越大。同樣的道理,如果減速的話,離心力將會下降。幸運的是,宇宙非常巨大,這意味著它非常空曠,幾乎沒有物質能夠阻擋天體的運動,所以一般情況下,他們的速度不太會有明顯變化。換一句話說,他們永遠不會掉下來。
地球以同樣的姿態圍繞太陽運動,在太陽的軌道上,地球的公轉速度高達30KM/S,而它到太陽的距離是1.5億公裡。
你會發現,行星越靠近太陽,它的公轉速度就會越快,距離太陽最近的水星公轉速度已經超過47 KM/S。
這是因為兩個天體之間的引力和它們之間的距離有關,距離越近,引力就越大,所以需要更大的離心力來與之平衡。
雖然速度在宇宙中很難發生變化,但是引力大小卻很容易發生變化。
我們有掉落的概念,是因為引力,如果說主引力方向就是下降的話,那麼地球對太陽而言正在上升,而且是每天都在逃離太陽。
太陽照亮了地球生命,它和蠟燭一樣在不停燃燒自己,而且燃燒速度遠超你想像,每秒都有超過400萬噸質量損失,這是它通過核聚變以能量形式釋放出去了。
另外,地球也在失去質量。雖然每天大約有100到300噸的物質撞擊地球,但是地球質量的流失速度更快,一方面是地核的能量損失,另一方面是氣體的逃逸,總的來說,地球每年大約減少5萬噸。
質量的減少,意味著引力變小,所以地球每天都會逃離太陽一點,不過這個不是很明顯,可以忽略不計。
但是等太陽進入白矮星階段,它將損失超過50%的質量,那時的地球將會變成脫韁的野馬,遠離太陽。
不過在此之前太陽會變成紅巨星摧毀地球。
現在,我們回到掉落的主題,月球相對於地球,地球相對於太陽,那太陽憑什麼能漂浮著呢?
其實,太陽也以同樣的姿態在圍繞銀河系中心旋轉,就像上圖,這只是一個模擬,看起來有點萌萌噠。
太陽的這種運動同樣是由於引力,因為銀河系中心是一個超大黑洞。
如果再往更大宇宙尺度去考慮,銀河系也只是更大引力源的小弟,帶著自己成千上萬億個像太陽系一樣的行星系運動。
就像上圖(宇宙大尺度結構模擬),你看到這些每個大亮點都是一個超星系團,每個小亮點都代表一個類似銀河系的星系。
而這些紋理就是星系運動的高速公路,誰都不知道這些星系要去往哪裡。總之這種運動讓它們處於平衡狀態。
好吧,宇宙中沒有絕對靜止的物體,它們不是漂浮不動,它們都有著自己獨特的運動規律。