地球在宇宙中到底怎么运动?有多快?

相对古老的运动轨迹

地球在宇宙中到底怎么运动?有多快?

古往今来,人们就非常着迷我们居住的环境的变化,地心说之前的人类宇宙观都是神话般的存在,女神论、大象论、天盖论、龟托论等等,世界各地区的人们,根据自己所生活的地域特点,自由发挥,任意塑造以自我为中心的朴素宇宙观。这些观念最终演变为地球中心论——地心说,地心说据说是由毕达哥拉斯提出的,后来经过亚里士多德完善之后,被托勒密进一步发展而成。该理论认为,地球是宇宙的中心,静止不动,太阳、月亮以及所有的星星都是围绕地球运转,这种说法暗合宗教教义,所以曾长期作为主流宇宙认识论。按照这种说法,地球是完全静止,没有运动的。

太阳中心论——日心说

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大概在16世纪,也就是中国明清交替的年代,伟大的哥白尼创作《天体运行论》,提出“日心说”,他认为太阳才是宇宙的中心,所有的天体全部围绕太阳运转。此时的地球运行轨迹才有了自转和公转的概念。

现代宇宙理论

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日心说之后,人们又认识到太阳也在围绕银河系运转,银河系是宇宙中心,再后来,人们又发现,银河系外面还有很多星系,而且存在星系群这样的结构,宇宙没有中心。

如何认识地球的运行轨迹

由上面人类认识宇宙的历史可以看出,地球的运动轨迹必然是复杂,所以我们经常看到的下图这种运动轨迹肯定是不完善的。

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所以,有人认为既然太阳也在运动,太阳系在宇宙中的运动轨迹应该是下图这样的。

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但是,后来又有人发现这仍然是不完善的,因为太阳在银河系中不是直线运动,而是一种上下翻滚的运动,所以他们认为太阳的运行轨迹应该是下图这样的。

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具体可以看我发布的视频

但事实上,虽然这些说法包含了一些真实的情况,比如行星围绕太阳运转是大致在同一平面上的,太阳系行星轨道平面和银河系平面夹角大概60°,还有就是太阳系围绕银河系旋转的时候相对银河系其他部分是上下移动的运动等等,但这些事实都不能完整来显示地球的真实运动轨迹。

因为在更大的尺度上,整个银河系和本星系都在运动,所以这种涡旋运动轨迹其实并不是准确的。

到底地球运行轨迹是什么样的?速度多快?

经过数十年的科学研究,科学家最终还是将整个运动轨迹拼合在一起了,并能够准确地量化我们在各个尺度上穿越太空的速度。让我们按照从小到大的层级一起来看看吧。

地球层面

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众所周知,地球不停的围绕自身做自转运动,假设赤道上有一个人,那么他将以近1700km/h(千米/小时)的速度穿过太空。虽然看起来数字很大,但在更大的层级面前,这就是微不足道的小数点。

太阳系层面

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如果把地球自转速度按照千米/秒来转换,那这个速度也就是0.5km/s,这个速度低于光速的0.001%。

可以说,行星围绕太阳旋转的速度远远超过任何一个行星的自转速度,为了让地球保持稳定的轨道,地球必须以大约30km/s的速度绕着太阳运动,更靠近太阳的水星和金星则移动的更快,比地球更远离太阳的行星移动的更慢。比如每1个地球年水星围绕太阳运行4圈,而每160个地球年海王星才围绕太阳运行1圈。

行星在太阳系运动的方向是不断改变的,只有这样最终才能回到轨道的起点,当然,太阳系行星每一个时刻都是基本在一个平面上运行,并没有上面图中显示出来的任何尾迹。

银河系层面

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当然,太阳本身也不是静止的,由于银河系如此庞大且运动不息,所以,其中的所有恒星、行星、气体云、尘埃颗粒、黑洞甚至暗物质等都在其内部不停运动,当然也包括太阳。

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我们的太阳系在银河系的郊区,距离银河中心越2.5万-2.7万光年,和其他恒星一样,太阳系也围绕银河中心旋转,每2亿—2亿5千万年就会围绕银河系中心旋转一圈。

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据估计,太阳围绕银河系中心旋转的速度大约是200-220km/s,这个速度相比地球自转和公转速度都是相当巨大的。在运转中,太阳系行星仍然围绕太阳在一个平面运行,这个平面与银河系平面成一定角度。

本星系群层面

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银河系和仙女星系

本地组中最大的星系,仙女座星系,在银河系旁边看起来很小而且微不足道,但那是因为它的距离:距离我们大约250万光年。它目前正朝着我们的太阳移动,速度约为300公里/秒。

在本星系群(由仙女星系、银河系以及其他较近星系组成的群体)中,仙女星系似乎正以301km/s的速度朝太阳方向运动,也就是说本星系群两个最大质量星系,仙女座星系和银河系,都是以大约109km/s的速度朝彼此运动。

超星系团层面

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处女座超星系团的各个星系,分组并聚集在一起。在最大尺度上,宇宙是均匀的,但是当你看到星系或星团时,高密度和低密度区域占主导地位。

虽然本星系群很庞大了,但是也要受到附近其他星系和星系团的掣肘,这些周边的星系和星系团,甚至更远的物质团都会对本星系群的运动施加引力。根据科学家测量和计算的结果,这些影响似乎会引起大约300km/s的额外运动,而且运动的方向还与其他所有运动的总和的方向略有不同。

宇宙空洞影响

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高密度区域的引力(蓝色)和低密度区域的相对排斥(红色),它们都作用于银河系。

虽然在大尺度上,宇宙是均匀的,但是在星系或者星系团尺度上,却存在密度高的区域和密度低的区域。

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银河系中高密度和低密度区域的相对吸引力和排斥效应。这种组合效应被称为偶极子推斥器。

密度高的区域原子和物质粒子聚集度较高,密度低的区域相反,而其他区域则是密度比较平均的区域,那么密度高的区域的吸引力就会高于平均值,表现出来的则是吸引力,密度低的区域的吸引力低于平均值,那么表现出来的就像一种排斥力。我们所在的范围是一个高密度区域,而在我们附近的一个区域则是低密度区域,由于我们处在这两个区域之间,所以吸引力和排斥力加起来,每个区域的速度约为300km/s,总速度接近600km/s。

总速度是多少?

上面我们知道,我们被裹挟在多种运动中,地球在自转、地球围绕太阳公转、太阳在绕银河系转动、银河系向仙女星系运动、高密度区域吸引等等运动,当你将所有这些运动合到一起的时候,我们大概可以得出一个数值,这个总运动在特定方向上达到368km/s,加上或减去30km/s,具体取决于一年中的什么时间以及地球移动的方向。

你不相信?科学家已经通过测量微波背景辐射进行了证实,宇宙微波背景在我们移动的方向上看起来更热,在相反的方向看起来更冷。

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大爆炸产生的余辉在一个方向(红色方向)比平均温度高3.36毫开尔文,在另一个方向(蓝色方向)比平均温度低3.36毫开尔文。这是由于空间中所有物体的总运动的原因。

假如,我们忽略地球的自转和公转速度,我们可以得出,太阳系相对于宇宙微波背景以368±2 km / s的速度运动。当你观察本星系群的时候,你会发现,所有本星系群的星体,包括仙女星系、银河系、三角星系等等,他们相对于宇宙微波背景以627±22 km / s的速度运动。顺便提一下,更大的不确定性主要是由于太阳在银河系中心周围运动的不确定性,这是最难测量的成分。

总结

由上面的分析,我们可以得出,太阳系的运动轨迹不是一个涡旋,而是所有宇宙运动的总和,现在你对地球的运动有没有一个更加高层次的了解!如果是的话,请给小编点赞。

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