揭秘地球为何能飘在太空中,而没掉下去?
在神舟13号任务期间 , 翟志刚和王亚平完成了一次舱外活动并安全返回中国空间站 。 王亚平去太空为女儿“摘”星!这是王亚平的首次太空行走任务 , 也是中国首位女宇航员 , 创造了中国航天工业的又一个里程碑 。
这不是翟志刚的第一次舱外任务 。 2008年 , 他通过神舟七号成为中国第一位在太空行走的宇航员 。 那一年 , 翟志刚在船舱里经历了一系列曲折 。 他一开始开不了门 , 然后他开了门就听到了火警 。
面对这些危险 , 翟志刚能够保持清醒和冷静 , 最终成功完成了中国首次太空行走任务 。 这为随后的神舟12号和13号舱外活动积累了宝贵的经验 。
作为中国第一个在太空行走的人 , 翟志刚一离开太空舱就被眼前的景象震惊了 。 在他的脚下 , 有一颗没有底的壮丽的星星 。 在他的头顶上 , 大地悬挂着 。 当然 , 他和船也被吊着 , 无可奈何 。 翟志刚还打趣地描述了当时的情景 , 看着大地不安全 , 怕大地都飘走了 。
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地球可以说是一艘巨大的“宇宙飞船” , 载着一切 , 包括人 , 穿越太空 。 人类是地球上极小的存在 , 直径为12740公里 , 总重量为6万亿吨(6×10^24公斤) 。 那么 , 为什么地球漂浮在太空中会这么重呢?为什么地球在太空中“飞行”了45亿年 , 其动力是什么?
我们一直生活在地球表面 , 我们对方向总是有上上下下的想法 , 因为我们一直在重力的牵引下 。 任何东西都有被重力拉向地心的趋势 , 重力作用的方向被认为是“向下”的 。 由于地球是一个球体 , “下”只是一个相对的方向 , 但所有方向都指向地球的中心 。
许多人认为太空中没有“向下” , 那么地球往哪里掉呢?但不 , 在太阳系中可能有“下” 。 在太阳系中 , 太阳是占主导地位的天体 , 其质量高达太阳系总质量的99.86% , 其强大的引力束缚着每一个主要天体 。
虽然我们从地球上看到太阳 , 但它每天都悬挂在天空中 。 但是从整个太阳系的角度来看 , 太阳的引力把物体拉向太阳的中心 , 所以在地球上 , 太阳引力的方向是太阳系的“下部” , 太阳的中心是太阳系的“底部” 。
【揭秘地球为何能飘在太空中,而没掉下去?】换句话说 , 地球实际上会朝太阳中心下落 。 但在过去的45亿年里 , 地球并没有真正坠入太阳 , 那么地球悬浮在太空中的真正原因是什么呢?
这个原理其实和漂浮在太空中的宇宙飞船是一样的 。 宇宙飞船在太空中绕着地球转 , 上面的宇航员是失重的 , 漂浮在太空中 , 不是因为他们不受重力的影响 , 太空中是有重力的 。
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载人飞船平均距离地球表面400公里 , 而地球的半径是6,370公里 , 所以到地球中心的距离变化不大 。 根据牛顿万有引力定律(F=GMm/R^2) , 宇航员在400公里高空所受到的重力是在地面上所受到的重力的88.5% 。
宇航员失重的原因是他们一直处于自由落体状态 。 宇航员一直在向地球坠落 , 但他们总是落不到地球 , 因为他们的速度足够快 , 似乎不受重力的影响 。
牛顿曾经做过一个思想实验 , 他假设地球表面有一门大炮 , 它水平射击 。 炮弹在移动一段距离后 , 由于重力的作用会掉到地上 。 显然 , 炮弹的水平飞行距离与初始速度成正比 。
尽管重力把球拉向地面 , 但地球是一个曲面球体 , 如果球的初始速度足够快 , 它可以在下落时完美地错开 , 不需要任何动力就能一直在空中飞行 。 根据牛顿的计算 , 这个速度是每秒7.9公里 , 被称为第一宇宙速度 。
第一个宇宙速度是接近地表的无动力飞行所需的初始速度 , 但地球上有空气阻力 , 有山脉阻挡 , 所以我们需要进入太空 。 在太空中 , 引力略弱 , 轨道速度较小 。 计算表明 , 在400公里轨道高度时 , 所需速度约为7.7公里/秒 。
以此速度飞行的宇宙飞船 , 就能在对应的轨道高度上 , 依靠惯性绕着地球飞行 。 此时 , 宇宙飞船和上面的宇航员都是在做自由落体运动 , 但因为飞得够快 , 所以不会撞上地球表面 , 表现出失重的现象 。
同样地 , 地球也是飞得够快 , 以每秒30公里的速度相对于太阳运动 , 所以地球可以飘在太空中 , 不会掉进太阳中 。 那么 , 地球最初又是如何达到这么快的速度呢?第一推动力来自于哪里?
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