银河系|每秒630公里!地球正在宇宙中飞速前进,目的地是哪里?


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相对论告诉我们 , 宇宙中不存在绝对静止的物体 , 静止是相对而言的 , 运动才是绝对的 。 当我们在地球上坐着不动时 , 地球其实正带着我们在宇宙中高速飞行 , 最快速度相当于每天前进5440万公里 , 而我们对此却全然不知 。 那么 , 地球在空间中的运动速度究竟可以快到什么地步?目的地又是在哪里呢?
首先 , 地球自身在绕着地轴自转 , 大约24小时转动一圈 , 这就是为什么我们会感受到日月星辰的东升西落 。 在地球上的不同纬度 , 自转的线速度会有很大差异 。 在赤道附近 , 每秒转动465米 。 在纬度为45°的地方 , 每秒转动328米 。 到了纬度75°的地方 , 速度只有120米/秒 。
其次 , 地球受到太阳的引力作用 , 绕着太阳公转 。 根据太阳的质量以及日地距离 , 可以算出地球公转运动的平均速度为29.78公里/秒 。 由于地球公转轨道不是完美的圆形 , 所以它的轨道速度不是匀速的 。
在每年7月初 , 地球转动到远日点附近 , 此时所受的太阳引力最弱 , 公转速度最慢 , 约为29.29公里/秒 。 在每年1月初 , 地球转动到近日点附近 , 此时所受的太阳引力最强 , 公转速度最快 , 约为30.29公里/秒 。
就像地球一样 , 太阳不但有自转 , 而且也有公转 。 太阳是银河系2000亿颗恒星的一员 , 所有的恒星都在环绕银河系中心转动 , 我们的太阳也不例外 。 整个银河系的共同质量中心处在银心 , 太阳距离那里大约2.6亿光年 。
【银河系|每秒630公里!地球正在宇宙中飞速前进,目的地是哪里?】银心是银河系的引力中心 , 这并不是因为银心有一个质量为太阳400多万倍的超大质量黑洞 。 相对于总质量高达太阳1万亿倍的银河系 , 这个超大质量黑洞是微不足道的存在 , 它不能在整个银河系中兴风作浪 , 最多只能影响附近有限距离内的恒星 。
太阳带着地球及其他太阳系天体 , 以每秒230公里的速度在星际空间中穿行 。 太阳系每隔2.25亿年绕着银心转一圈 , 这个周期被称为1银河年 。 从太阳系诞生至今 , 我们才过了20个银河年 。 我们现代人类仅在地球上生活了0.001个银河年 , 宇宙目前的年龄约为61.3个银河年 。
太阳系目前的前进方向为北天的三个星座——仙王座、天鹅座和蝎虎座 。 太阳系的行星盘面与银道面呈60度夹角 , 我们现在位于银道面以北至少75光年 。 从北银极俯瞰 , 太阳系的公转方向为顺时针 。
未来 , 在银河系引力的作用下 , 太阳系运动到最北时 , 将会掉头朝着银道面南侧前进 。 事实上 , 太阳系一直在银道面上下方反复穿行 , 每过3200万年的时间 , 就会穿过一次银道面 。
同样地 , 银河系也不是绝对静止 , 它带着包括地球在内的所有银河系天体在星系际空间中穿行 。 相对于250万光年外的仙女座星系 , 银河系正以110公里/秒的速度飞向它 。
当我们谈论物体的速度时 , 其快慢取决于参照系的选择 。 相对于不同参照系 , 物体可以视作是静止的 , 也可以视作在运动 。 那么 , 在浩瀚无垠的宇宙空间中 , 究竟要如何给银河系找一个可靠的参照系呢?
虽然绝对静止参照系是不存在的 , 但宇宙中有一个相当好用的静止参照系 , 那就是宇宙微波背景辐射 。 至于这个特殊参照系是怎么来的 , 就要追溯到宇宙的起源 。
138亿年前 , 宇宙从大爆炸中创生 。 由于早期宇宙很小 , 能量都聚集在一起 , 所以温度非常高 。 随着宇宙不断膨胀 , 光子扩散到新的空间 , 把能量分散开来 , 宇宙逐渐变冷 。
138亿年过去了 , 宇宙最初发出的那些光已经散播到整个宇宙空间 , 让整个宇宙有着十分均匀的温度:-270.42 ℃ , 比绝对零度高了2.73 ℃ 。 不管我们望向何方 , 都能看到宇宙最深处均匀地充满这些古老光子 。 由于宇宙空间经历了大幅度膨胀 , 导致那些古老光子的能量大幅衰减 , 它们已经变成了肉眼不可见的微波 , 这就是所谓的宇宙微波背景辐射 。