計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

一段新的延時視頻結合了來自DSCOVR衛星的EPIC相機的3000張照片,展示了地球自轉的一年,從100萬英里以外的地方可以看到。

作為一個地球人,我們很容易相信我們是站著不動的。畢竟,我們在周圍的環境中沒有感覺到任何運動。但是當你觀察天空時,你可以看到我們在移動的證據。

一些最早的天文學家提出,我們生活在一個地心宇宙中,這意味著地球是萬物的中心。他們說太陽圍繞著我們旋轉,導致了日出和日落——月亮和行星的運動也是如此。但有些事情與這個願景並不相符。有時,一顆行星在繼續向前運動之前會在天空中後退。

我們現在知道,這種運動——被稱為逆行運動——發生在地球在其軌道上“追趕”另一顆行星的時候。例如,火星的軌道比地球離太陽更遠。在地球和火星各自的軌道上,我們追上了這顆紅色的行星並經過它。當我們經過它時,行星在天空中向後移動。過了一會兒,它又向前走了。

另一個關於以太陽為中心的太陽系的證據來自視差,即恆星相對於其他恆星的位置的明顯變化。對於一個簡單的視差的例子,舉起你的食指在你面前的手臂的長度。只用你的左眼看,閉上你的右眼。然後閉上你的右眼,用你的左手看看手指。手指的明顯位置發生變化。這是因為你的左眼和右眼看著手指的角度略有不同。

當我們看星星時,地球上也會發生同樣的事情。繞太陽公轉需要365天。如果我們在夏天看一顆恆星(相對靠近我們),在冬天再看一次,它在天空中的明顯位置會發生變化,因為我們在軌道上的位置不同。我們從不同的角度看星星。通過一些簡單的計算,利用視差我們也可以算出到恆星的距離。

旋轉有多快?

計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

地球自轉是恆定的,但速度取決於你所處的緯度。這是一個例子。根據美國國家航空航天局(NASA)的數據,地球最大部分的周長約為40,070公里(這個地區也叫赤道)。如果你估計一天有24小時,你就用周長除以一天的長度。它在赤道處的速度為每小時1670公里。

然而,在其他緯度,你不會移動得那麼快。如果我們在地球的中點移動到緯度45度(北緯或南緯),你可以用緯度的餘弦(三角函數)來計算速度。一個好的科學計算器應該有一個餘弦函數,如果你不知道如何計算的話。45的餘弦值是0.707,所以45度的旋轉速度大約是0.707 x 1670 = 1180公里每小時。隨著你往更北或往南走,速度會更慢。當你到達北極或南極的時候,你的旋轉速度確實非常慢——在原地旋轉需要一整天。

太空機構喜歡利用地球自轉。例如,如果他們將人類送往國際空間站,首選的地點就是靠近赤道。這就是為什麼國際空間站的貨運任務(例如,從佛羅里達發射)通過這樣做和發射與地球自轉相同的方向,火箭獲得了加速,幫助它們飛向太空。

地球繞太陽公轉的速度有多快?

計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

當然,地球自轉並不是我們在太空中唯一的運動。根據康奈爾大學的數據,我們在太陽周圍的軌道速度大約為107000千米/小時。我們可以用基本幾何來計算。

首先,我們必須計算出地球的旅行距離。地球繞太陽運行大約需要365天。軌道是橢圓的,但為了簡化計算,假設它是圓。地球的軌道是一個圓的周長。根據國際天文學家聯盟的數據,從地球到太陽的距離(被稱為天文單位)是149,597,870公里,這就是半徑(r)。一個圓的周長等於2 x π x r。所以在一年內,地球旅行大約9.4億公里。

因為速度等於距離÷時間,計算地球的速度是9.4億公里除以­­365.25天,結果除以24小時,從而得到公里/每小時。因此,地球每天大約運行260萬公里,即107226公里/每小時

太陽和星系也在運動

計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

太陽在銀河系中有自己的軌道。太陽距離銀河系中心約25000光年,而銀河系至少有10萬光年寬。據斯坦福大學稱,我們被認為離該中心大約有一半的距離。太陽和太陽系似乎以每秒200公里的速度移動,或者以平均

72萬公里/小時的速度移動。即使以這樣的速度,太陽系也要花大約兩億三千萬年才能繞銀河系運行一圈。

銀河系也相對於其他星系在空間中運動。大約40億年之後,銀河系將與它最近的鄰居仙女座星系發生碰撞。它們以每秒112公里的速度向對方衝去。

因此,宇宙中的一切都在運動。

如果地球停止自轉會發生什麼?

你現在不可能被拋向太空,因為地球的重力比它的旋轉運動要大(後一種運動叫做向心加速度)。在其最強的點,也就是赤道,向心加速度僅能抵消地球引力的約0.3%。換句話說,你甚至都沒有注意到它,儘管你在赤道的體重比在兩極要輕一些。

計算結果告訴你,地球移動的到底有多快?

NASA說,在未來的幾十億年裡,地球停止自轉的可能性“幾乎為零”。然而,從理論上講,如果地球突然停止運動,將會產生可怕的影響。大氣層仍然以地球自轉的原始速度運動。NASA補充說,這意味著所有的東西都將被從陸地上衝走,包括人、建築物、甚至樹木、表層土和岩石。

如果這個過程更循序漸進呢?NASA說,這是數十億年以來更有可能發生的情況,因為太陽和月球正在拉動地球的自轉。這將給人類、動物和植物足夠的時間來適應這種變化。根據物理學定律,地球自轉速度最慢的時候是每365天轉1圈。這種情況被稱為“太陽同步”,它將迫使我們星球的一邊永遠面對太陽,而另一邊則永遠面對太陽。相比之下,地球的月球已經在地球同步旋轉,月球的一面總是面對著我們,而另一面卻與我們相反。

但NASA表示,我們暫時回到不旋轉的情況:如果地球完全停止旋轉,還會有其他一些奇怪的效應。首先,磁場可能會消失,因為它被認為部分是由自旋產生的。我們會失去多彩的極光,而環繞地球的範艾倫輻射帶也可能會消失。那麼地球將會在太陽的狂怒之下赤裸。每當它向地球發射日冕物質拋射(帶電粒子)時,它就會撞擊地表,把所有東西都浸在輻射中。“這是一個重大的生物危害,”NASA說。

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