60万亿亿吨的地球，靠什么力量悬浮在宇宙中，它为何不往下掉？

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60万亿亿吨的地球，靠什么力量悬浮在宇宙中，它为何不往下掉？

地球重达60万亿亿吨，为什么不会掉下去，还能悬在太空中？

地球重60万亿亿吨，为什么它可以漂浮在太空，不往下坠落呢？

地球重达60万亿亿吨，为什么不会掉下去，还能悬在太空中？

一、60万亿亿吨的地球，靠什么力量悬浮在宇宙中，它为何不往下掉？

在常识上，任何物体不可能无缘无故悬浮于空中，不论这个物体的重量是大是小。

重量越大的物体，它从空中下坠的速度就会越快，想要让它悬浮在空中就愈加困难。在地球之上，没有任何事物能够违反这一规律，但有趣的是，地球自己似乎就与这一规律相悖。我们所生活的地球是一颗重达60万亿亿吨的岩质行星，然而它却能够悬浮于宇宙之中，永不下坠，这到底是为什么呢？

这一看似有些玄妙的问题，其实只需要应用经典力学便能够加以解释。说到物体的下坠，首先需要解决的一个问题就是方向到底是如何定义的。在地球上，上与下的方向定位是非常明确的，无论是身处南半球，还是身处北半球，我们脚下的方向就是下，我们头顶的方向就是上。在这一点上不存在任何的争议。

身处地球两个相对位置上的人，他们的上与下恰恰是相反的，但二者都是正确的，其原因就在于，地心便是下，而与之相对的方向则为上。

之所以地心为下，则是由引力所决定的。任何有质量的物体都具有引力，任何两个有质量的物体之间都具有相互的引力作用，地球作为一个重达60万亿亿吨的岩质行星，自然拥有强大的引力，所有有质量的物体都会受此引力影响而向地心移动，所以任何物体在不受其它力作用的情况下都会向地心坠落。尽管如此，但要克服地心引力让物体悬浮于空中也并非什么难事，因为引力是四种基本力中最弱的，而且是非常的弱。想一想，整个地球的引力都在把苹果向下拉，但我三岁的儿子轻而易举就可以将一个苹果拿起来，可见要抗衡引力是很容易的。

正是因为引力很弱，所以尽管是一架重达16吨以上的重型直升机，只需要借助于螺旋桨旋转所产生的升力就可以实现引力平衡，让它在空中悬停。

说了这么多，主要是为了明确一个问题，那就是上与下的方向定义是由引力的方向所决定的。在地球之上，上与下是很容易定义的，那么到了宇宙中又会怎样呢？宇宙是否也拥有明确的方向呢？宇宙本身是没有方向一说的，对于一个空间而言，不存在上下之分，这就好比当宇航员处于失重的太空舱中时，如果不以太空舱中的设备为参考，是不可能区分出哪边为上，哪边为下的。宇宙没有方向，但这只是针对于纯粹的宇宙而言的，或者说是针对于空无一物的宇宙而言的，但宇宙实际上并不是空无一物的。既然不是空无一物，那么就必然存在引力，自然也就有了方向之分。

地球作为太阳系中的一颗行星，它是有着明确的方向的，地球的下方就是太阳所在的方向。

太阳作为太阳系中唯一的一颗恒星，它不仅为整个太阳系提供着光和热，它还在用自身强大的引力束缚着太阳系中所有的天体，当然也包括我们的地球。既然太阳系存在着方向，而地球又是一颗重达60万亿亿吨的行星，它为什么没有坠落到太阳之中呢？这肯定是因为某些力量在对抗太阳的引力，与之实现了平衡。

我们知道，地球并不是静止不动的，它一直围绕太阳运行，运行的速度大概在每秒30公里左右。而地球运行的原动力来自于地球形成之初的原行星盘，此后地球便在惯性的作用下一直运行了下去。一方面地球的运动是地球远离太阳，另一方面地球又受到了太阳引力的牵扯，于是地球的运行轨迹就变成了绕行太阳。

如果说得更简单一点，就是地球绕行太阳所产生的向外的离心力与向内的太阳引力达到了平衡。

当然了，在物理学上离心力实际上是不存在的，它只是一种虚拟力而已，这样表述只是为了让问题更加简单。那么为什么地球能够在惯性作用下持续运行数十亿年呢？

这其实很简单，在地球上，物体做惯性运动的时候，很快就会停下来，这是因为存在着摩擦和空气阻力，但是宇宙是近乎于真空的，它的密度大概为每立方米一个氢原子，所以地球的运动不会受到任何的阻力影响，因此即使过去了数十亿年，地球仍然保持着惯性运动，而在这种惯性作用和太阳引力的双重影响之下，始终围绕太阳有序运行。

一、地球重达60万亿亿吨，为什么不会掉下去，还能悬在太空中？

众所周知，地球是圆的，在世界上的任何一个地方，我们 只要一抬头，就能看到天空。 人类在 探索 宇宙空间的时候，渐渐见识到地球的真实模样，从太空中传回来的图片来看，整个地球就“漂”在茫茫宇宙中，像是一个孤独的旅行者。

物质都是有重量的，哪怕是一个微小的中子也不例外， 更别说是承载了一个大千世界的地球。

根据科学家们的计算，地球的重量可达60万亿亿吨，如此庞大的重量级物体，为什么可以悬浮在开太空中而不掉下去呢？

关于地球的质量是如何测出来的，相信很多人都很好奇，毕竟没有那么大的“秤”可以将地球的质量直观的测出来，而且现实也不允许。 那么地球的质量是怎么计算出来的呢？

世界上最早将地球的质量计算出来的是英国科学家亨利·加文狄希。他先是利用“扭秤实验”将用万有引力常数值计算出来，然后再根据两个物体之间的引力大小和物质密度，结合地球的体积计算地球的密度，根据计算公式： 质量=密度*体积， 就可以就算出地球的质量。

最后他得到了一个数据， 约为5.965 1024kg，也就是接近60万亿亿吨。 这个计算方法还可以计算出其他天体的重。

就是这么重量级的一个地球，在人类拍摄的宇宙环境照片中竟然是“飘”在太空中的的？它为什么不会“下降”？

首先，“下降”这个词其实是在地球环境空间上来说的。根据牛顿万有引力定律，物质都存在引力，且 质量越大，引力越大。

地表的所有物质的质量远没有地球本身大，引力自然比不上地球，因此受到地球引力的影响，物质向地球中心引力区靠拢， “下坠”只是一种引力作用下的自然现象。 而因为地球的体积相对于人类来说实在太大，所以人类将头顶的天视为上，脚踏的地视为下，这才有了天“上”地“下”的方位之分。

但实际上，我们从地球整个施力的方向上来看， 地表的所有物质应该都是向“地心”聚集。 在地球相差180 的两个位置上，物质“向下”的方向甚至是相对的。所以到底哪一个方位才是“下”？

因此，把宇宙中空间进行上下划分这种想法本身就具有矛盾性质。

我们对地球以这样的方式存在宇宙当中是完全不会感到陌生的：

根据宇宙飞船传回的图片来看， 地球四周都是“空”的，没有任何物质承托， 却又安全的“飘”在太空。

我们先换个思路，与其说地球是“飘”在太空中，不如说地球和其它所有宇宙天体一样，都在宇宙中无限坠落。只是 坠落的方向不一定是要固定观念上的向“下” 。

在某种程度上，我们可以将人类活动看作是“绕”着地心而进行的，所以我们的方向向着地心；而 地球是绕着太阳运动的，所以地球坠落的方向应该向着太阳。

这就有点类似于爱因斯坦的相对论解释，他认为地球就是在向太阳坠落。那为什么地球没有直接奔向太阳呢？

根据牛顿的力学理论，我们可以这样理解： 与向心力相反的作用正是离心力， 地球长期绕着太阳公转，产生了稳定的离心力， 可以达到两个力之间的平衡， 使自己不会直接坠向太阳。

当然也可以根据爱因斯坦相对论对于时空的解释，这样来理解： 引力并不存在，其本质就是“时空弯曲” 。因此，天体之间的公转只是因为时空被较大的天体压弯，导致其卫星沿着压弯的弧度运动， 产生几何跌落效应。

简单来说，就是 物质质量小的都在向质量大的跌落。 所以，地球并不是向下坠，而是向太阳靠近。

宇宙中“飘”在太空中的并不是只有地球，还有整个太阳系、银河系和其它所有星系。

其实我们从宇宙的天体运行规律中也不难看出， 所有物质都有一个施力的源头将其“拉”向固定的方向。 如人类被地球吸引、地球被太阳吸引、太阳被银河系吸引，那么银河系又会被什么吸引呢？

我们之所以会有“向下坠”的概念，是因为在地球上受到了引力的影响， 以地面为参考将引力中心视为“下” 。而在宇宙中，上下左右各个方位又该以什么为参考？怎么划分？

既然已经得出引力的大小与物质的质量有关，而物质运动的规律由会被引力影响。那么根据地球、太阳、银河和其它星系之间的运动关系，我们应该 可以大致的找到一个引力中心。

科学家们一般将这个引力中心看作是目前没有完全确定的 “巨引源” ，整个宇宙中所有物质向着“巨引源”靠近。

从这个方向上看的话， 是否可以理解成地球在向太阳跌落、太阳向银河跌落、而银河在向巨引源跌落？

除此之外，抛开引力的作用的话， 宇宙中还有“暗物质” ，会不会是这些目前还不知道的能量将宇宙中所有天体托住悬在空中呢？欢迎讨论。

二、地球重60万亿亿吨，为什么它可以漂浮在太空，不往下坠落呢？

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。

三、地球重达60万亿亿吨，为什么不会掉下去，还能悬在太空中？

地球承载着包括人类在内的各种生命以及物体，它就像一艘巨大的宇宙飞行，航行在太空中，带着我们穿越空间，飞向星辰大海。地球直径达到12742公里，重达6 10^24 kg，即60万亿亿吨。那么，这么重的地球是怎么浮在太空中，而不会掉下去呢？

首先，我们来说一说地球的质量是怎么测出来的。想要知道地球有多重，不是一件容易的事情，因为我们在地球上没办法用一杆巨大的秤来直接称出地球的质量。

直到牛顿的出现，才让测量地球的质量变为了可能。1687年，牛顿提出了著名的万有引力定律，地球上的物体都受到地心引力的作用。对于地表上任意一个质量为m的物体，都有如下的关系：

消去两边的m，然后再整理，就能得到地球质量M的计算公式：

上述公式中，重力加速度g很容易测出来，地球半径R可以用几何法测出来（公元前240年，古希腊数学家埃拉托色尼最早测出来）。唯一不知道的是万有引力常数G，牛顿也不知道这个常数，所以他也没法算出地球质量。

直到1798年，卡文迪许设计了一台十分精妙的扭秤，它能显示出两个铅球之间发生了引力作用。基于此，他成功测出了万有引力常数，这样地球的质量也就被测出来了，所以他把该实验称之为“称量地球的重量”。有了万有引力常数，再结合牛顿力学，就能测出月球、太阳等各大天体的质量，也能知道银河系以及其他河外星系的重量。

至于为何这么重的地球能悬浮在太空中，这与太空飞船及其上面的宇航员能在太空中漂浮的原因相类似。有人可能会说，飞船在太空中失重，没有引力作用，自然就能悬浮在太空中。

但事实上，太空中仍然会受到地心引力作用。宇航员与地面的距离通常只有400公里，这与6371公里的地球半径相比短了很多，那里的地心引力作用只会变弱为地表上的90%。

太空飞船受到向下重力的作用，也会不断坠向地球表面。但由于太空飞船还以每秒数公里的横向速度在快速运动，再加上地表是弯曲的，地心引力可以让太空飞船的飞行轨迹完美契合地球弧线，所以飞船一直往下掉，但又刚好碰不到地表。飞船以及上面的宇航员一直在做自由落体运动，这造成了失重的感觉。

牛顿曾经设想过一种大炮，它可以朝着水平方向打出一定速度的炮弹。随着炮弹的水平初速度变得越来越快，炮弹的飞行距离也会越来越远。当速度达到某一临界值时，炮弹就能飞越球形的地表，沿着圆形轨道一直在空中绕着地球飞行，不会掉下来，也不需要动力来维持。

事实上，牛顿大炮蕴含着太空飞船的运动原理。那个临界值正是第一宇宙速度，通过牛顿力学可以算出为7.9公里/秒。为了避开稠密的大气层，飞船需要进入太空中，与地表有一定的距离，所以实际速度会低一些。在400公里高的轨道上，飞船的飞行速度为7.7公里/秒。

在地球上，物体都有掉下去的趋势，这是受到地心引力作用的结果，地心就是我们的下方。到了太空中，其实也有“下”的概念，地球也会往下掉，但也不会真正掉下去，这与太空飞船的飞行原理一样。

太阳的质量占据整个太阳系的99.86%，在强大的太阳引力作用下，地球以及其他各大行星都会被拉向太阳，太阳的中心就是整个太阳系的下方。但地球同时以大约30公里/秒的速度在快速运动，这能克服太阳引力作用，不会掉进太阳中，所以地球看起来像是悬浮在太空中。

同样地，太阳也带着整个太阳系的天体往下掉，下方就是位于2.6万光年之外的银河系中心。银河系的质量至少是太阳的8000亿倍，它们分布在12万光年的恒星盘中，共同在银心形成了引力中心。

受到银心的引力作用，整个太阳系会往银心方向坠落。但太阳以230公里/秒的速度在飞行，这能对抗银心的引力作用，避免整个太阳系掉进银心之中。

如果从银河系尺度来看，我们的银河系也在往下掉。在250万光年之外，质量是银河系两倍的仙女座星系对我们的星系施加了强大的引力作用，整个银河系正在向它坠落。

这一次，银河系的运动速度不够快，相对于仙女座星系的速度为110公里，这不足以克服两个星系间的强大万有引力，所以银河系最终会掉进仙女座星系中，或者说两个星系最后会相撞。不过，由于距离遥远，它们要在38亿年后才会迎来真正相撞的那一天。