爱因斯坦广义相对论认为,引力是时空弯曲的表现。所谓时空弯曲就是任何有质量的物体,都会对时空产生影响,这个影响就是扭曲了时空。
小质量物体对时空的影响微乎其微,所以很难看出来。比如一只蚂蚁、一滴水都会对时空产生影响,但很难测量出来。
大质量的天体对时空的影响就很明显了,比如太阳,可以把经过它附近的光线都导致弯曲,而黑洞可以锁住光线不让它逃逸。
大质量天体会在其周围形成时空凹陷或者漩涡,任何小质量的天体靠近它,都会掉进它弯曲的时空凹陷或者旋涡里,就形成被吸引过去的现象,这就是万有引力的根源。
那么小质量天体如何逃脱大质量天体的魔掌呢?就是速度,速度够快就能够不掉下去,速度更快些,就能够逃离它。这就是所谓的环绕速度和脱离速度。这就像一个人在一个锅形的赛道上骑自行车,你快一些就能够不掉到锅底,再快一些就能够上到锅的边沿脱离锅的范围。
就像上图那样,爱因斯坦就玩着这种游戏,哈哈~
地球上有三个宇宙速度,是根据地球的引力自转公转线速度计算出来的。第一宇宙速度是秒速7.9公里,这是环绕速度,达到这个速度就能够飞出地球,与地球的引力抗衡,不掉下也飞不走;
第二宇宙速度是秒速11.2公里,这是脱离速度,只要达到这个速度,就可以脱离地球引力,飞向其他行星;
第三宇宙速度是16.7公里,这是逃逸速度,是根据地球与太阳的距离计算出来的,可以脱离太阳引力,飞出太阳系的速度。
所以,在宇宙中,充满了引力与速度抗衡的关系,正是这个平衡,使宇宙中各种天体系统能够各安天分有条不紊的运行。地球围绕着太阳公转,线速度每秒29.78公里,这就是地球在这样一个轨道这样一个质量的太阳环绕速度,在这个速度下,地球也逃脱不了太阳的引力,太阳也拉不了地球过去。
越靠近太阳的地方,公转线速度就必须越快,比如水星每秒47.89公里;距离太阳越远的地方,就相对公转的慢一些,比如火星每秒24.13公里,木星13.06公里。
这样才能达到一个引力和速度的平衡,太阳系大家族在太阳老大的引领下,兄弟姐妹们才能和谐共处各司其职。
这就是行星在固定的位置围绕着太阳转,不被太阳“吸走”的原因。
这些引力与速度平衡关系是在太阳系形成的时候就形成的,之后随着太阳引力的变化和扰动,各行星的运行速度和轨道也有一些变化。随着太阳引力的变小,行星有渐行渐远的趋势,但这种变化十分微小,比如地球每年远离太阳约15厘米,如果这种趋势是恒定的,一亿年后,就远离了15000公里,偏差率为万分之一。
在宇宙中,太阳系的行星围绕着太阳转,太阳围绕着银河系中心转,银河系围绕着总星系团中心转,这些都是引力与速度的平衡结果。
正是这种平衡和变化,才使宇宙生生不息,风起云涌。所以引力和速度的关系不单是太阳系的规律,也是宇宙最重要的规律。
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