天文科普:每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺
發布時間:2021-02-21
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地球是太陽係中的一顆行星,它每時每刻都在圍繞著太陽公轉,其速度大約為(wei) 每秒30公裏,通常情況下,我們(men) 都認為(wei) 太陽係的運行狀態是這樣的。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

不過實際情況卻並非如此,因為(wei) 太陽在宇宙中並不是一動也不動,實際上太陽一直帶領著太陽係中的眾(zhong) 多天體(ti) ,以大約每秒217公裏的速度圍繞著銀河係的中心公轉,所以太陽係的實際運行狀態應該是這樣的。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

也就是說,如果以銀河係中心為(wei) 參照物,那麽(me) 地球的運行速度就應該疊加上太陽公轉的速度。

然而這還沒完,因為(wei) 銀河係本身也是在運動的,科學家告訴我們(men) ,銀河係帶領著太陽一直在圍繞著本星係群的引力中心公轉,並且還在以大約每秒110公裏的速度與(yu) 仙女座星係接近,按照這樣的速度,預計在大約40億(yi) 年之後,這兩(liang) 大星係就會(hui) 合並成一個(ge) 星係。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

因此可以說,地球其實一直在宇宙空間中高速運動,不過由於(yu) 我們(men) 一直都在隨著地球一起運動,並且又在宇宙中又找不到合適的參照物來感受地球的運動,因此盡管地球正在高速穿越宇宙空間,而我們(men) 卻毫無感覺。那麽(me) 我們(men) 應該選擇哪種參照物來描述地球在穿越宇宙空間時的速度呢?我們(men) 接著看。

科學家發現,地球正在以每秒360公裏的速度穿越宇宙空間

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

宇宙在形成初期有一個(ge) 時間段處於(yu) 等離子體(ti) 狀態,我們(men) 可以將其想象為(wei) 一碗充斥著質子、中子、電子以及光子的“濃湯”,由於(yu) “濃湯”中的光子不斷地遭到自由電子的密集影響(湯姆孫散射),光子不能自由地傳(chuan) 播(平均自由程極短),因此這段時期的宇宙可以說是“一片黑暗”。

隨著宇宙的膨脹進程,宇宙的溫度和密度也在逐漸下降,當溫度下降到3000K的時候,“濃湯”中的自由電子就開始不斷地與(yu) 質子結合形成原子,在這種情況下,“濃湯”中的光子才得以自由傳(chuan) 播,它們(men) 也被稱為(wei) “宇宙中最早的光”。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

在經過了漫長的歲月後,這類光子早已因為(wei) 宇宙膨脹而變成了微波,而由於(yu) 光速的限製,因此直到現在我們(men) 仍然可以接收到它們(men) 。因為(wei) 這類光子可以來自於(yu) 宇宙中的任意一點,所以我們(men) 從(cong) 各個(ge) 方向接收到的這種微波輻射都是一樣的(各向同性),這就是大家經常聽到的“微波背景輻射”。

我們(men) 可以將其想象為(wei) 一片由微波構成的“海洋”,宇宙中的所有天體(ti) 都在其中運動,很顯然,這片“海洋”本身就是一個(ge) 非常好的參照物,由此可見,當我們(men) 需要描述地球在穿越宇宙空間時的速度時,最好的參照物就是“微波背景輻射”。

雖然“微波背景輻射”是各向同性,但是地球在宇宙空間中的運動,會(hui) 對我們(men) 在不同的方向上觀測“微波背景輻射”造成影響,從(cong) 而產(chan) 生一些差異,所以我們(men) 隻需要對這種差異進行分析,就可以計算出地球在穿越宇宙空間時的速度。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

科學家發現,在觀測到的“微波背景輻射”中,宇宙的一側(ce) 的波長總是比另一側(ce) 的稍長,具體(ti) 表現在與(yu) 地球運動方向相同的方向“偏藍”,而相反的方向則“偏紅”,而這正是因為(wei) 地球的運動所造成的。這被稱為(wei) “偶極異向性現象”,通過對這種現象的觀測和分析,科學家計算出了地球相對於(yu) “微波背景輻射”的速度大約為(wei) 每秒360公裏。

銀河係穿越宇宙空間的速度更快

太陽正帶領著地球圍繞著銀河的中心做公轉運動,這種運動肯定也是有方向的,有意思的是,觀測數據顯示,目前太陽公轉的運動方向與(yu) 地球相對於(yu) “微波背景輻射”的運動方向幾乎是完全相反的。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

這就意味著,相對於(yu) “微波背景輻射”而言,銀河係正在帶領太陽向著與(yu) 太陽目前公轉運動方向相反的運動,並且這個(ge) 速度比太陽公轉的速度更快。

為(wei) 了方便理解,我們(men) 不妨將銀河係想象成一列正在運動的火車,將太陽想象成一個(ge) 在這列火車上運動的人,再將“微波背景輻射”想象成地麵。現在已知這個(ge) 人相對於(yu) 火車的運動速度“V1”為(wei) 每秒217公裏,方向為(wei) 從(cong) 右到左,而這個(ge) 人相對於(yu) 地麵的速度“V2”為(wei) 每秒360公裏,方向為(wei) 從(cong) 左到右。

那麽(me) 火車相對於(yu) 地麵是怎麽(me) 運動的呢?其實這是一道簡單的物理題,我們(men) 隻需要將“V1”和“V2”反向疊加,就可以得出,這列火車的運動方向是從(cong) 左到右,速度為(wei) 每秒577公裏。

簡單總結一下

綜上所述,相對於(yu) “微波背景輻射”,太陽正帶領著地球在宇宙空間中運動,而銀河係又帶領著太陽向著相反的方向以更高的速度運動,其最終結果就是,地球正在以每秒360公裏的速度穿越宇宙空間,其運動方向與(yu) 銀河係相同,當然了,我們(men) 對此是毫無感覺的。

每秒360公裏,地球正在高速穿越宇宙空間,而我們卻毫無感覺

 

值得一提的是,由於(yu) 太陽的公轉實質上就是圍著銀河係轉圈,因此在不同的時間段裏,太陽相對於(yu) “微波背景輻射”的速度其實是不同的。除此之外,地球又一直在圍繞著太陽公轉,並且其公轉平麵(黃道麵)與(yu) 銀河係的平麵(銀道麵)還有一個(ge) 大約60度的夾角,這也會(hui) 造成一些細微的差異。

當我們(men) 在地球上享受歲月靜好的時候,地球卻載著我們(men) 在宇宙空間中“飛馳”,宇宙就是這麽(me) 奇妙,不是嗎?


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