地球重约60万亿亿吨,却像一颗蓝色气球,优雅地“漂浮”在太空中,没有向下坠落,究竟是什么力量在托举着地球?
牛顿是最早给出答案的人,他认为“重”并不意味着会“坠落”,重量是物体受引力作用的力,但是太空近似真空,无上下之分,地球并也非“漂浮”在某个表面,而是沿轨道绕太阳运动,处于动态平衡,或者说地球一直在向太阳坠落。
至于太阳引力为什么没把地球拽走,答案是向心力,地球以每秒29.78公里的速度绕太阳公转,公转轨道近似圆形,由此产生的离心力和太阳引力刚好达到了平衡,在地球公转速度基本永恒不变的情况下,地球就成了太阳的一颗卫星。
根据牛顿第一定律,地球只会继续保持运动状态,除非被外力改变,但太空没有摩擦,地球也没有阻力,所以从46亿年地球诞生时的角动量,足够它永远绕太阳转下去,就算太阳引力突然消失,地球也只会沿着切线飞出去,继续在宇宙中漂浮。
地球不仅绕太阳,还随太阳绕银河系中心公转,速度的220公里每秒,周期2.5亿年,银河中心黑洞的引力,相当于440万个太阳,但同样的道理,太阳公转产生的离心力也平衡了黑洞的引力,虽然星际气体和暗物质会略微增加阻力,但对地球是没什么影响的,至少在未来数十亿内,太阳系和地球都将保持稳定。
在地面上,地球引力让物体下落,在太空中,地球远离其他大质量天体,微重力环境下的空间站只要速度够快,也能和地球引力达成平衡,长期在轨道上绕地球公转,人造卫星也是同理。
长远来看,引力平衡和宇宙膨胀不会永远和谐相处,未来随着宇宙的加速膨胀,星系内的斥力会越来越强,银河系早晚要解体,但只要50亿年内不发生就行,因为太阳就剩50亿年了,银河系也只剩37亿年了,到时候不论是和仙女座合并,还是太阳膨胀红巨星,都跟人类文明没什么关系了。
唯一可以肯定的是,地球会在这两个时刻迎来混乱,来自仙女座星系的引力扰动,有可能会把地球从太阳系力弹射出去,或者把太阳系从银河系弹射出去,红巨星时代,太阳表面会膨胀到火星轨道附近,地球将被太阳吞噬到体内,阻力大增,公转速度不断降低,最终坠入红巨星的无边火海。
在星际穿越里,拯救人类的是反重力技术,它可以让大规模太空城成为现实,未来如果也能破解引力和时空的秘密的话,掌握反重力技术之后,就能大规模在太空中建造各种设施了,人类文明也才能成为二级文明,向三级文明靠近。