地球重60万亿亿吨，为什么它可以漂浮在太空，不往下坠落？

从出生到死亡，我们所有人都生活在地球上，因此我们所看到的现象，掌握的规律，我们的常识和直觉都来自于地球表面。

那么我们在地球上最常会感受到什么？看到什么？

最直观的感受就是，站在地面上有上下之分、有方向感，脚踩的大地是下，头顶的天空是上；我们整天都会看到比空气密度更大的物体下落到地面。

所以我们就从中总结出了这样一个规律：重物势必会从高处往低处坠落。

这是为何？因为万有引力的存在，两个质量物体之间会产生引力作用，地球会对它引力范围内的所有物体产生吸引力；

因此在地球上我们可以牢牢的站在地面上，我们的身体器官告诉了我们方向感，有质量的物体会在引力的作用下落向地面。

那么地球的质量达到了60万亿亿吨，如此庞然大物为什么会漂浮在宇宙空间之中，它为什么不会一直往下掉？

其实这个问题并不是个问题，只是我们直觉上的一种误解。

首先在宇宙真空中，根本就没有所谓的方向，任何空间位置在物理上都是等效的，没有所谓的上下、左右、前后之分，方向只是人为规定出来的，所以地球“往下掉”，这个问题并不成立。

其次我们需要知道的是，物体为什么会发生运动？

相信你还记得牛顿第一定律，也就是惯性定律，说的是：一个物体在没有受到外力的情况下，它会一直保持静止或者匀速直线运动，只有受到的净力不为零的情况下，物体的状态才会发生改变。

在地球上物体下落到地面是因为这个物体受到了地球给它的引力，而地球在宇宙中的运动状态就跟它所受到的力有直接的关系。

要是地球在深邃的宇宙空间中，周围没有任何天体给地球施加引力的话，那么我们就会知道地球受到的力就为零。

那么地球本身就会在宇宙空间中处于静止，或者匀速直线运动。至于地球会向哪个方向匀速直线运动，这无关紧要，毕竟在宇宙空间中没有所谓的方向一说。

但我们知道地球并非处在空无一物的宇宙空间，地球是太阳系的一部分，周围有着太阳以及除地球以外的7大行星，还有一些矮行星和小天体。

这些天体对地球来说，都会施加引力的作用，但太阳本身的质量就占到了整个太阳系物质的99.8%，因此地球的运动主要受到了中心太阳的引力影响。

所以说地球在宇宙空间中的运动状态并非是静止或者是匀速直线运动。它受到了朝向太阳中心的引力作用。

按理来说，地球应该会被太阳引力拉向太阳，并落到太阳表面，像是一个物体受到地球引力落到地球表面一样，但真实的情况是：

地球在引力的作用下，绕着太阳沿椭圆轨道运动。为什么会这样？

因为地球在受到太阳引力作用的同时，它还有一个垂直于引力方向的切向速度。这个速度保证了地球在向太阳中心坠落的时候，一直错过太阳，不会于太阳相撞。

所以我们可以认为地球其实是在宇宙空间中下落，但下落的方向并非我们认为的南极方向或者是北极方向，而是太阳中心的方向。

为了理解这个问题，我举一个简单的例子，这个例子也是牛顿当年做过的一个思想实验，这个思想实验叫牛顿大炮，是人类目前发射绕地卫星的理论基础。

我们垂直朝上发射一颗炮弹，也就是上图中绿色的小球，那么这个小球会受到一个朝向地球中心的引力，这个引力会导致小球的速度一直衰减，直到为零，然后又开始在引力的作用下加速坠向地球。

因此垂直发射炮弹或者是火箭，是无法逃离地球引力的（至少以人类目前的能力是无法办到的），也无法让炮弹在轨道上绕着地球旋转。

所以想要让炮弹绕地球转或者离开地球就需要给炮弹提供一个水平上的初速度，超前发射炮弹。像下图中的样子。

假设在一个高山上架炮，超前发射炮弹，炮弹在向前飞的时候，会在引力的作用下往地面上落，如果炮弹初速度不够的话，那么炮弹就会飞行一段距离砸向地面。如上图中的a和b。

如果在给炮弹增加更大的初速度的话，当速度达到了第一宇宙速度7.9 km/s，那么炮弹的轨迹就会变成C；

这是因为地球是个球，它有一定的曲率，炮弹只要拥有了足够的初速度，那么它在落向地球的时候，这个速度就会使得炮弹不断的错过地球表面，最终绕着地球旋转。

如果速度再大一点，炮弹的轨迹就会变成D，如果速度再大，达到了第二宇宙速度11.2km/s，那么它的轨迹就会变成E，直接逃离地球的引力控制。

整个过程就和上图中的一样，这就是人类发射绕地卫星的原理，火箭先把卫星垂直推到足够的高度，然后火箭会与垂直方向有一个夹角，给卫星提供足够的水平速度，这样卫星就可以绕着地球旋转了。

并不是我们认为的火箭是垂直把卫星送入太空的，如果是这样的话，卫星还会因为引力而落向地面的。

炮弹（卫星）绕地球的过程就跟地球和太阳一样，地球也在朝着太阳坠落，但是地球轨道速度保证了地球总是会错过太阳表面，所以地球不会与太阳相撞。

如果降低地球绕太阳运行的速度，那么地球的轨道就会发生衰减，它会更加靠近太阳，当地球的速度足够低，地球就会在近日点落向太阳，与太阳相撞。

如果增加地球的轨道速度的话，那么它会与太阳错过的越来越多，也就是轨道变得越来越大，会逐渐的远离太阳。

这就是《流浪地球》中人类把地球带离太阳系的原理，给地球加速，它就会离开太阳系。

所以总结一些，地球确实在宇宙中下落，但方向是太阳中心，为什么不撞向太阳，是因为地球有一个很高的速度，保证了地球能够错过太阳表面。

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发布媒体：好百科 作者：量子科学论