重达60万亿亿吨的地球为什么能飘在太空里,而不掉下去?

在中国古老的神话之中,盘古开天辟地,使轻气上升,浊气下降,形成了天地。大地稳固地待在宇宙的中心,而周围的日月星辰,都漂浮在九天之上,围绕大地旋转。虽说古人的世界观如今看起来稚嫩可笑,但人家的设想并没有违背常理。
重达60万亿亿吨的地球为什么能飘在太空里,而不掉下去?
文章插图

Tips:地心说的起源非常早,最初由米利都学派形成初步理念,后由古希腊学者欧多克斯提出,经亚里士多德完善,又让托勒密进一步发展成为“地心说”。他们认为地球是静止不动的,而且处于宇宙的中心。
重的东西待在宇宙的底部,轻的东西漂浮在外,一切都没有违背逻辑。直到自然科学出现之后,古人对宇宙的各种设想都化为了泡影。公元前五世纪,古希腊哲学家毕达哥拉斯发现,地面其实是有弧度的,所以大胆猜想地球其实是圆形的,而不是一个存在边界的平面。
不是所有日月星辰都围绕地球转
1522年9月6日,一艘饱经风霜的帆船绕着地球一周回到了出发点葡萄牙。麦哲伦终于用实际行动,向大家证明了地球是圆的,它们下船时,欢呼的人群中,有人手里举着制作精美的地球仪。
重达60万亿亿吨的地球为什么能飘在太空里,而不掉下去?
文章插图

Tips:1519年—1522年9月,麦哲伦率领船队完成环球航行,在环球途中于菲律宾死于部落冲突中,被一位名为拉普拉普的部落酋长杀死。船队在他死后继续向西航行,回到欧洲,并完成了人类首次环球航行。
而到了1543年5月24日,寿终正寝的哥白尼,收到了出版社迟来的消息,它的著作《天体运行论》终于出版了。自此,人类终于对宇宙的真相窥见一二。
我们知道了世界的中心其实是太阳,而地球和其他天体都沿着固定的轨道,绕着太阳周而复始地旋转。但是为什么会旋转?动力和背后的机制究竟是什么,还没有人能说得上来。
重达60万亿亿吨的地球为什么能飘在太空里,而不掉下去?
文章插图

Tips:1514年5月,哥白尼写成了《天体运行论》,创立了“日心说”,推翻了“地心说”。它认为太阳是宇宙的中心,而不是地球。
世界上第一个精确记录了行星轨道运动的人,是丹麦天文学家第谷,他用了20年的时间观测天体运动,留下了大量的观测记录。
有些恒星的移动,都被他观测记录了下来,编成了恒星年表。开普勒在研究了他的观星记录之后,推算出了圆周的运动规律,也就是著名的开普勒三定律。
开普勒定律
Tips:开普勒定律是关于行星环绕太阳的运动。所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过的面积相等。所有行星绕太阳一周的恒星时间的平方与它们轨道半长轴的立方成比例。
但可惜的是,尽管开普勒看出了行星的运动规律,却依旧没有办法回答它们为何那么运动。这时的人们对世界的认识是这样的。宇宙就像一个制作精密的发条钟表,所有星体就像齿轮一样有规律得运转,而且永恒不变。
只不过是谁在给这个精密的钟表的发条上弦,有些人认为是上帝,有些人则相信是某种还未被发现的神秘力量。这时候,在古人看来天经地义的现象,重的东西下落,轻的东西上升,再次引起了物理学家的注意。
为什么万事万物都牢牢得被固定在地面上,而不会飘浮在天空中呢?
Tips:根据推断,宇宙的形成距今约100~200亿年。而宇宙星体则来源于150亿年前的宇宙大爆炸,由数十亿颗的星系,恒星,行星组成。
牛顿在研究了开普勒的行星运算公式之后,带入自己的牛顿力学之中,终于推算出了万有引力定律。不过可惜的是,因为缺乏精准的实验方法,牛顿只能给出一个含糊的公式:两个质点之间的引力作用,与它们的质量乘积成正比,与它们之间的距离成平方反比。
从这时候开始,算出地球的质量,从理论上已经成为可能了。只要用一个铁球称一下,再计算几个参数,就可以算出地球的重量。
Tips:根据万有引力定律测定,地球的质量约为5.965×102?kg。从地球的质量可得出地球的平均密度约为5.52g/㎝3。
不过牛顿的万有引力公式中,还有一个常数G没有计算出来。直到1789年,卡文迪什才用自己设计的扭称,算出了万有引力常数G,并且通过它算出了地球的质量,大约为59.72万亿亿吨。四舍五入,差不多60万亿亿吨。这么重的东西,到底是怎么“漂浮”在太空中的呢?相信这是大多数人看到这个数据时的反应。

推荐阅读