每秒630公里!地球正在宇宙中飛速前進,目的地是哪裡?

薛定諤的貓 2021/08/26 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

相對論告訴我們,宇宙中不存在絕對靜止的物體,靜止是相對而言的,運動才是絕對的。當我們在地球上坐著不動時,地球其實正帶著我們在宇宙中高速飛行,最快速度相當於每天前進5440萬公里,而我們對此卻全然不知。那麼,地球在空間中的運動速度究竟可以快到什麼地步?目的地又是在哪裡呢?

首先,地球自身在繞著地軸自轉,大約24小時轉動一圈,這就是為什麼我們會感受到日月星辰的東升西落。在地球上的不同緯度,自轉的線速度會有很大差異。在赤道附近,每秒轉動465米。在緯度為45°的地方,每秒轉動328米。到了緯度75°的地方,速度只有120米/秒。

其次,地球受到太陽的引力作用,繞著太陽公轉。根據太陽的質量以及日地距離,可以算出地球公轉運動的平均速度為29.78公里/秒。由於地球公轉軌道不是完美的圓形,所以它的軌道速度不是勻速的。

在每年7月初,地球轉動到遠日點附近,此時所受的太陽引力最弱,公轉速度最慢,約為29.29公里/秒。在每年1月初,地球轉動到近日點附近,此時所受的太陽引力最強,公轉速度最快,約為30.29公里/秒。

就像地球一樣,太陽不但有自轉,而且也有公轉。太陽是銀河系2000億顆恒星的一員,所有的恒星都在環繞銀河系中心轉動,我們的太陽也不例外。整個銀河系的共同質量中心處在銀心,太陽距離那裡大約2.6億光年。

銀心是銀河系的引力中心,這並不是因為銀心有一個質量為太陽400多萬倍的超大質量黑洞。相對于總質量高達太陽1萬億倍的銀河系,這個超大質量黑洞是微不足道的存在,它不能在整個銀河系中興風作浪,最多只能影響附近有限距離內的恒星。

太陽帶著地球及其他太陽系天體,以每秒230公里的速度在星際空間中穿行。太陽系每隔2.25億年繞著銀心轉一圈,這個週期被稱為1銀河年。從太陽系誕生至今,我們才過了20個銀河年。我們現代人類僅在地球上生活了0.001個銀河年,宇宙目前的年齡約為61.3個銀河年。

太陽系目前的前進方向為北天的三個星座——仙王座、天鵝座和蠍虎座。太陽系的行星盤面與銀道面呈60度夾角,我們現在位於銀道面以北至少75光年。從北銀極俯瞰,太陽系的公轉方向為順時針。

未來,在銀河系引力的作用下,太陽系運動到最北時,將會掉頭朝著銀道面南側前進。事實上,太陽系一直在銀道面上下方反復穿行,每過3200萬年的時間,就會穿過一次銀道面。

同樣地,銀河系也不是絕對靜止,它帶著包括地球在內的所有銀河系天體在星系際空間中穿行。相對于250萬光年外的仙女座星系,銀河系正以110公里/秒的速度飛向它。

當我們談論物體的速度時,其快慢取決於參照系的選擇。相對於不同參照系,物體可以視作是靜止的,也可以視作在運動。那麼,在浩瀚無垠的宇宙空間中,究竟要如何給銀河系找一個可靠的參照系呢?

雖然絕對靜止參照系是不存在的,但宇宙中有一個相當好用的靜止參照系,那就是宇宙微波背景輻射。至於這個特殊參照系是怎麼來的,就要追溯到宇宙的起源。

138億年前,宇宙從大爆炸中創生。由於早期宇宙很小,能量都聚集在一起,所以溫度非常高。隨著宇宙不斷膨脹,光子擴散到新的空間,把能量分散開來,宇宙逐漸變冷。

138億年過去了,宇宙最初發出的那些光已經散播到整個宇宙空間,讓整個宇宙有著十分均勻的溫度:-270.42 ℃,比絕對零度高了2.73 ℃。不管我們望向何方,都能看到宇宙最深處均勻地充滿這些古老光子。由於宇宙空間經歷了大幅度膨脹,導致那些古老光子的能量大幅衰減,它們已經變成了肉眼不可見的微波,這就是所謂的宇宙微波背景輻射。

宇宙微波背景十分均勻,溫度波動只有十萬分之一。不過,天文學家發現,獅子座和寶瓶座方向的溫度波動相對較大,前者高了0.003354 K,後者低了0.003354 K。

這種溫度異常波動源自於銀河系運動產生的多普勒效應,在運動方向上光子發生藍移,所以溫度偏高,反之則因為光子紅移而導致溫度偏低。根據這種效應可以測出,銀河系正帶著地球以630公里/秒的速度(227萬公里/小時)在星系際空間中快速前進。

至於為什麼銀河系以如此快的速度運動,天文學家推測遙遠的地方存在著一個神秘而又強大的引力中心,它被稱為巨引源,至少距離銀河系1.5億光年。巨引源的引力主宰范圍可達幾億光年,附近包括銀河系在內的幾百萬個星系都受其影響。

雖然地球正帶著我們在宇宙中飛奔,但我們無法直觀感受到。因為地球運行十分平穩,再加上宇宙太大,沒有合適的參照物,我們根本無法察覺地球其實在快速運動。

 

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