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你现在可能正坐在椅子上,手机没晃,水杯没倒,窗外的楼也没有飞走。可从宇宙尺度看,你并没有静止。你跟着地球一起自转,跟着地球绕太阳飞奔,又跟着太阳系绕银河系中心旋转,还在宇宙微波背景中留下运动痕迹。
一、一天一圈,地球在自转
地球绕着自转轴,在不同的纬度,自转的线速度是不一样的。北极和南极附近的人,主要是在原地转圈。赤道附近的人,则跟着地表跑得最快。
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按赤道周长约40070公里来算,地球大约24小时转完一圈,赤道线速度约1670公里每小时,这个速度已经超过很多民航客机巡航速度,这就是“坐地日行八万里”。但我们不会被甩出去,因为重力远强于自转带来的离心效应。
由于纬度越低,地球自转线速度越快,所以航天发射场常喜欢靠近低纬度地区。火箭顺着地球自转方向发射,可以利用一部分速度。中国海南文昌、美国佛罗里达,都有这种地理优势。
二、一年一圈,地球绕太阳狂奔
第二层运动,是地球绕太阳公转。地球到太阳平均距离约1.496亿公里,轨道并不是完美圆形,而是略微椭圆。所以地球速度也不是恒定值,靠近太阳时快一点,远离太阳时慢一点。
地球绕太阳平均速度约每秒29.78公里,近日点附近可达每秒30.29公里,远日点附近约每秒29.29公里。一眨眼的工夫,地球已经带着我们飞出几十公里。
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如果把这个速度换成更直观的数字,大约是每小时10.7万公里。一天之内,地球沿轨道前进约260万公里。我们说一年过去了,听起来只是日历翻页,但在宇宙里,那意味着地球已经绕太阳完成了一次近9.4亿公里的长途飞行。
为什么地球没有直线飞走?答案是引力,太阳的引力一直拉着地球,地球又有横向速度,于是既不直接掉向太阳,也不逃离太阳,而是在不断坠落又不断错过太阳的过程中,形成稳定轨道。
三、2.3亿年一圈,太阳带着地球绕着银河系中心转动
从更大的宇宙角度来看,太阳也不是宇宙中心。太阳和整个太阳系都在绕银河系中心运动,平均速度约每小时82.8万公里,绕银河系中心一圈大约需要2.3亿年。
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地球绕太阳一圈需要一年,太阳绕银河系一圈则要两亿多年,这被称为1银河年。在上一个银河年,恐龙诞生在地球上。而一个银河年后,恐龙都已经灭绝了6600万年。而人类文明几千年,在1个银河年上几乎只是一个瞬间。
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太阳系诞生至今,其实也就过了20个银河年,太阳带着地球也就绕银心转了20圈。而宇宙诞生至今,过去了138亿年,相当于是过了60个银河年。可见,1银河年时间之漫长。
四、宇宙背景里,我们还留下速度痕迹
在银河系之上,还有更大的参照系,那就是宇宙微波背景辐射,这是早期宇宙留下的古老余温。这种微波光子几乎从四面八方均匀传来,但有一个微弱的冷热方向差异,被称为偶极结构。这通常被解释为太阳系相对宇宙微波背景在运动,速度约370公里每秒。
注意,这里的370公里每秒,不是简单把自转、公转、绕银河速度全部相加。速度必须先说明参照系,相对地面,你坐着可能是静止的。相对太阳,你在以约30公里每秒公转。相对银河系中心,太阳系又有另一套速度。
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宇宙中不存在一个人人公认的绝对静止点,我们只能说,相对于谁,速度是多少。相对于地球表面、太阳、银河系中心、宇宙微波背景,答案都不一样。
所以地球不是一味单独向前飞,而是嵌在多层旋转系统里。它在自转,也在绕日运行。太阳带着它绕银河系中心前进,银河系又在本星系群和更大宇宙结构中运动。
五、2.2亿光年外,巨引源正吸引我们飞奔而去
从宇宙微波背景辐射来看,包含银河系、仙女座星系在内的本星系群有一个约600公里/秒的本动速度,方向大致指向南天的半人马座一带,那里有一个引力异常强大的区域,它被称为巨引源,距离我们约2.2亿光年。
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巨引源并不是一个具体天体,而是一片巨大质量集中区。在其核心是诺玛星系团,那里集中了大量物质,产生了明显引力吸引。
它位于银河系盘面后方,从地球看过去会被银河系尘埃和恒星遮挡,这片区域也被称为“隐避带”。所以人类不是一开始就看清了它,而是通过观测星系红移、星系运动,逐渐推断出那里有巨大的质量集中。
如果忽略宇宙膨胀和复杂引力作用,地球和银河系将在1100亿年后抵达巨引源。但如果随着宇宙膨胀,巨引源也有可能逐渐分散,这样我们也许就无法真正抵达那里。
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