坐地日行80000里,太阳速度是它的250倍
分类:科学技术

原标题:坐地日行八万里?——地球的运动到底有多快

我们生活在地球上,感觉地球一动不动,然而实际上地球有两大运动在影响着我们,那就是它的自转和公转了。

作者:Elizabeth Howell

地球每24小时左右就自转一圈,体现在不同纬度上,地球的自转线速度也是不一样的,其中以赤道的速度最快,达到了每秒465米,这个速度比声音的速度还快不少。

翻译:王克义

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校对:马明阳

那么地球的公转速度有多快呢?其实让地球的轨道长度除以单位时间就能得出来了,计算发现地球每秒钟就围着太阳跑29.79公里,北京到广州的距离它只需要一分钟,这个速度超过了地球上所有的火箭发射速度,唯一能超越这一速度的人类飞行器就是美国去年发射的帕克太阳探测器了,这个探测器受太阳引力的影响,在靠近太阳的近日点时最快每秒能达到40公里

开学了,我们也来上课吧!别皱眉头,今天只用到大概小学三年级的知识。毛泽东的诗句“坐地日行八万里,巡天遥看一千河”大家都知道吧……什么?没听过!?请教一下令尊吧,他一定背得滚瓜烂熟。“巡天遥看”的事我们在牧夫天文没少做,“坐地日行”是多少呢?现在就细细道来。家有学童吗?我们一起来回归基础吧。

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Credit: NASA Goddard via YouTube

那么围绕地球运行的月球的速度有多快呢?月球与地球的平均距离为38万公里,直到这个半径可以得出月球的轨道长度,将其除以一个月的时间,就能得出月球的运行速度了,大致为每秒钟1.02公里,这个速度和炮弹的出膛速度差不多。

一段由来自DSCOVR(深空气候观测)卫星的EPIC相机的3000幅图片组成的新延时视频显示了地球一年的旋转,这是在一百多万千米之外所见的情景。

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作为一个地球人,我们很容易相信自己是静止的。无论如何,我们并不会感到周围有任何移动。但当你仰望天空,就会看到我们在运动的证据了。

但是月球是围绕地球运行的,就是说它是在跟随着地球公转的同时围绕地球运行的,因此如果将地球的公转速度也算上的话,月球运动是比地球还快的。

一些最早的天文学家提出,我们居住在一个以地球为中心的宇宙中,也就是说地球位于一切的中心。他们说太阳围绕我们转动,由此产生了日出日落,月亮和其他行星的运动也是如此。但是总有一些事情眼见着与此不符。有时,一颗行星会在继续向前运动之前逆行一阵子。

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我们现在知道这种叫做逆行的运动是地球在其轨道上“追上”其他行星时发生的。比如,火星的轨道比地球离太阳远。在地球和火星各自轨道的某一点,我们追上这颗红色行星并超越它。超过它的时候,火星在天空中会反向运动。然后,在我们超越之后,它又恢复了正向运动。(想了解更多的逆行?来戳这篇链接:又双叒叕水逆了?)

地球和月球都在飞速运动,太阳也没有闲着,它的速度比地球更快,计算发现太阳带着整个太阳系中的所有天体在以每秒钟250公里左右的速度在银河系中飞奔,几乎是月球公转速度的250倍,大约每2.5亿年围绕银河系跑一圈,自从恐龙灭绝到如今的时间之内,太阳系在银河系中的跑动长度只有其轨道长度的1/4,可见我们的银河系有多么巨大了。

日心太阳系的另一个证据来自对视差(或从彼此间某一方面来说的恒星视位置的改变)的观察。视差的一个简单例子是,在你面前伸直手臂、抬起食指,闭上右眼,只用左眼看食指。然后再闭上左眼,只用右眼看食指。手指的视位置改变了对不对?这是因为你的双眼在从稍有不同的角度看手指。

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视差(图片来自网络)

不过银河系的自转速度内外不等,即靠近银心方向的天体的公转速度就快一些,在我们太阳的位置,自转速度基本就是太阳围绕银河系公转的速度,太阳系外围的天体的公转速度就慢一些。

在地球上观看恒星时,也发生了同样的事情。地球绕太阳一周要大约365天。如果我们在夏天看一颗恒星(距离我们相对较近),在冬天再观看它一次,因为我们在轨道上不同的点,恒星在天空中的视位置便因此而改变了。我们从不同的观察点看到这颗恒星,通过一些简单的计算,还可以利用视差得知恒星的距离。

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我们的自转有多快?

其实不但太阳系没有闲着,太阳系所在的银河系也没有闲着,天文学家观测认为银河系在带着太阳系这样的数千亿个天体在以每秒钟214千米的速度飞奔,同时正在与仙女座星系靠近之中,也可以说这两大星系正在相互绕行,其质心就在这两大星系之间,40多亿年后,这两大星系将会撞击到一起,融合成一个星系。

地球持续不断的自转,但速度取决于你所在的纬度。比如说,地球的赤道周长(地表最大的圆周长度)约为40070千米(NASA数据),这就是伟人诗句中“坐地日行八万(华)里”的由来。一天是24小时,用周长除以一天的时长,得到赤道上的自转线速度为大约1670千米/小时。

天文学家观测还发现,银河系与仙女座星系所在的本星系群也在飞速运动着,它们在围绕着m87星系为中心的地方运行,而且这些天体所在的室女座星系团也在运动着,只是方向和速度都极难测量了。

但在其他纬度,你不会运动得这么快。如果我们从赤道向高纬度方向走半程,到达45度的纬度(无论南北),可以用纬度的余弦来计算速度。如果你不知道如何计算余弦函数,手机的科学计算器就能解决它。45度的余弦是0.707,所以45度处的自转线速度大约是0.707X1670=1180km/h。当你向北或南走得更远时,这一速度减少更多。到达北极或南极点时,你的自转线速度变得非常慢,用一整天时间在原地完成自转(角速度依然是每昼夜360度)。

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太空机构都喜欢利用地球的自转。比如,如果他们要送宇航员到国际空间站,靠近赤道的地点就更合适。这就是为什么前往国际空间站的货运任务啥的总是从佛罗里达发射。童鞋们可以再想想为什么我国的新航天发射场选址在海南文昌(要是曾母暗沙具备条件,估计就是那儿了)。这样安排,而且顺着地球自转方向发射,火箭的速度会得到推进,为飞向太空助一臂之力。

同时,我们还受到宇宙膨胀速度的影响。可见我们其实身处一个不断运动的宇宙中,我们其实受到了很多天体运动的影响,其实总速度到底有多快还难以知晓。

地球绕太阳公转有多快?

地球的自转当然不是我们在太空中唯一的运动形式。根据康奈尔大学的数据,我们绕太阳公转的速度大约是10.7万千米/小时,这可以通过基本的几何学计算出来。

首先,我们必须算出地球运行了多远。地球用约365天绕日一周。轨道是个椭圆,但为了简化计算,我们近似看作正圆。这样,地球的轨道就是圆的周长。根据国际天文学联合会的数据,日地距离(也叫天文单位)是1.4959787亿千米。这就是半径(r)。圆的周长等于2 x π x r。所以在一年中,地球走过了大约9.4亿千米的路程。

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