太阳重达2000亿亿亿吨,为什么还能悬浮在宇宙中,而不会掉下来?

虽然天上的太阳看起来并不大,但它实际上要比我们所生活的地球大得多。太阳的直径将近140万公里,质量高达2×10^30千克,即2000亿亿亿吨,或相当于地球质量的33.3万倍,整个太阳系总质量的99.86%。

既然太阳这么重,为什么它还能悬浮在宇宙中,而不会掉下来呢?

生活在地球上的人类对于重量都会有一个直观的感受,物体越重,越不可能脱离地表。由于地心引力的存在,地球上的物体都有掉下来的趋势。如果飞机没有动力,鸟儿没有挥动翅膀,它们都会掉下来。

但在宇宙中,无论是我们的地球本身,还是质量更大的太阳,或者是夜空中的那些星星(肉眼可见的大都是比太阳更大的恒星),甚至是质量达到太阳上万亿倍的星系,它们都是悬浮在太空中。

之所以天体不会掉下去,能够漂浮在太空中,一个简单的回答是宇宙中并不存在一个“下面”的地方,这与我们在地球上的认知完全不同。不过,这样的回答还是没有解释天体悬浮的真正原因。

在地球上,我们会有上下的概念,这与地心引力有关。地心引力时刻让物体受到一个指向地心的引力,这个作用力的方向就是我们所说的“下方”,“上方”则与之相对。由于地球是个球体,所有位置的引力都是朝着地心,所以地球上不同位置的向下方向是不一样的,“下方”其实是相对于地心而言。

如果通过某种方式让我们感知不到地心引力,我们也就不会有方向感,例如,宇航员在太空中绕着地球快速转动,他们处于失重的状态,无法感知到地心引力,也就没有上下的概念。

宇航员之所以会处于失重状态,悬浮在太空中不会掉到地球上,是因为他们有着足够快的运动速度。试想一下,用力扔出一个小球,它的初速度越快,水平前进距离也会越远。虽然小球没有动力,竖直方向上还会受到地心引力作用,试图让小球掉下来,但由于地球表面是弯曲的,如果小球的水平初速度快到某个临界值,它可以一直向前飞,不会撞上地表。

在这种情况下,小球会绕着地球做圆周运动,地心引力充当向心力,此时小球对应的速度被称为第一宇宙速度,大约为每秒7.9公里。由于地表有空气阻力和山脉的阻挡,需要到100公里以上的太空中才能实现这种圆周运动。

在距离地表400公里的轨道上,宇航员以7.7公里/秒的速度绕着地球运动。宇航员每时每刻都会落向地球,但速度足够快,地心引力无法把宇航员拽回地球上。

同样地,地球能够悬浮在太空,是因为它正以每秒30公里的轨道速度环绕太阳运动,这能让它免于掉进太阳中。由于太空中没有阻力,地球一开始就有初速度,所以它绕着太阳转不会停下来。

太阳也有公转运动,它的绕行中心位于2.6万光年外的银河系中心,这是银河系所有物质共同的引力中心。太阳的轨道速度为220公里/秒,大约2.3亿年绕着银心转动一圈,这能让太阳避免掉入银心,从而让太阳看起来像是悬浮在宇宙中。

总结

宇宙中不存在绝对的上下方向,上下均是相对于引力方向而言。宇宙中的天体都在运动,没有运动的天体早已掉进引力中心,所以剩下的天体都是悬浮在太空中。

(0)

相关推荐