地球质量多少吨(测量地球质量的六种方法)

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地球真的飘在太空中?

如果从太空上看地球,地球好像是飘在太空中一样。曾经有很多探测器在太空中拍摄过地球的样子,我们来举几个例子:

1972年12月7号,美国阿波罗17号在前往月球途中,回头朝着地球拍摄了一张名为“蓝色弹珠”的照片

1968年,阿波罗8号在绕月轨道上朝着地球拍下了一张名为“地出”的照片。

2017年10月2日,探测器OSIRIS-REX在距离地球500万公里的位置,朝着地球和月球拍下了一张全家福。

1990年2月14号,旅行者1号在距离地球64亿公里外朝着地球的方向拍摄了一张照片,这张照片被命名为:暗淡蓝点,只有0.12个像素点那么大。

如果仔细看这四张照片,无一例外,地球都是飘在太空当中的。要知道对于地球上的人而言,我们始终能够感受到一个“向下”的力,这个“力”和我们自身的体重有关。这个“力”牢牢地把我们按在地面上。一个普通人的体重一般都在100公斤以下,能超过100公斤的人可以说是很胖了。而如今全球人口达到了70亿,如果每个人都按照100公斤来算,那全球人口满打满算也7000亿千克,这算下来就是7000亿吨。但是,地球的重量足足达到了60万亿亿吨,比全人类总重量还要高10多个数量级,那为什么地球可以飘在太空中,不会向下坠?

地球为什么会飘在太空中?

要了解这个问题,我们首先要从牛顿说起。牛顿可以说是现代科学的奠基人,他的主要成就是力学的三大定律和万有引力定律。其中,万有引力定律告诉我们宇宙万物遵循的法则实际上和地球上是一样的,统一了太空和地球上的动力学规律。而力学三大定律则是物理力学这部分的基础。

通过牛顿的理论,如果物体不受力,或者合力为零的时候,应该是呈现静止或者匀速直线运动的。在地球上,人会受到地球的引力,所以当人跳起来时,会受到地球的引力和地球自转向心力的共同作用,这两个力的合力方向是竖直向下的。因此,人类始终会感受到一个“向下”的力,地球上的物体的受力情况也是如此。人们看到万物会向着地球表面下坠,在常识中就形成了万物都会“向下坠”的谬误。

我们再来看看地球的情况,并没有任何的力拽着地球向下坠。地球受到的是太阳的引力,如果要细扣一些细节,那么地球还会受到月球的引力,以及太阳系其他天体的引力,但这些引力与太阳引力相比就不算什么。地球由于具有一定的初速度,所以地球是绕着太阳做椭圆轨道的运动,太阳在椭圆上的一个焦点。所以,通过牛顿的理论,我们就会知道,地球并不会下坠,因为它不受一个向下的力,同时它受到的力是指向太阳的。如果非要对地球规定一个“向下”方向,那这个方向应该是朝向太阳的,如果地球的速度降到0,地球就会“下坠”到太阳里。

类似的现象在地球上也有,地球上的物体如果速度达到7.9km/s,就可以绕着地球转,这就好像地球绕着太阳转是一回事,卫星和探测器的原理就是如此。

爱因斯坦眼中的引力

牛顿的力学理论和万有引力定律被我们称为经典物理学。而物理学到了近代发生了天翻地覆的变化,如今关于引力的主流看法是来自于爱因斯坦的广义相对论。我们也可以从爱因斯坦的广义相对论来理解一下:为什么地球看起来是飘在太空中的?

爱因斯坦在狭义相对论当中,统一了时间和空间,他认为时间和空间应该被并成为时空,而人类就生活在一个四维时空当中。在广义相对论当中,爱因斯坦对这个狭义相对论又做了进一步的推广,他认为引力并不存在,引力现象的本质是时空的弯曲。

月球绕着地球转,是因为地球压弯了周围的时空,地球是沿着时空的“测地线”在运动。这里的“测地线”指的就是两点之间的最短距离。

同样的,地球绕着太阳转,实际上是因为太阳压弯了周围的时空,地球沿着测地线在运动。也就是说,地球某种程度上是在走四维时空中的“直线”,它是符合牛顿第一定律的阐述:地球并不受力,只是在匀速直线运动而已。从我们的视角中,它的轨迹是椭圆而已。所以,从相对论的角度,空间的弯曲并没有使得地球向下运动的趋势,同时也没有任何的力促使地球向下运动,地球也就不会下坠。

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