在浩瀚宇宙中,地球究竟是如何運動的呢?事實上,由于受到多種力量的影響,地球的運動比我們想象中要復雜得很多。天文學家通過觀測發(fā)現(xiàn),遠在1.47億光年外的宇宙深處,某種強大的力量正在吸引包括地球在內(nèi)的銀河系狂奔而去,其速度可達每秒600公里,這究竟是怎么回事呢?
關(guān)于地球的運動,大家最熟悉不過的是地球的自轉(zhuǎn)。正所謂“坐地日行八萬里”,由于地球自轉(zhuǎn),地球赤道附近每秒轉(zhuǎn)動465米,每天轉(zhuǎn)動大約4萬公里。隨著緯度變高,線速度變得越來越慢,轉(zhuǎn)動距離就會逐漸減小,直到地理南北極點變?yōu)榱恪5厍蜃赞D(zhuǎn)角速度是一樣的,各地都是每24小時轉(zhuǎn)一圈。由于地球自轉(zhuǎn),才有了太陽每天的東升西落以及地球的晝夜交替。
除此之外,地球還在距離太陽1.5億公里之外,于近似圓形軌道上,以每秒30公里的速度繞著太陽轉(zhuǎn)動,這要比地球自轉(zhuǎn)線速度快了很多。地球每一圈公轉(zhuǎn)的運動距離可達9.4億公里,轉(zhuǎn)一圈就是一年。
需要注意的是,我們通常所說的地球公轉(zhuǎn)運動是以太陽作為參照系,這樣公轉(zhuǎn)軌道看起來是一個閉合的近似圓形。但太陽乃至整個太陽系并非始終位于空間中的某個點,而是也在空間中運動,所以地球的公轉(zhuǎn)軌道并非一條閉合的曲線。
我們在夜空中看到的星星絕大多數(shù)都是恒星,另外還有更多我們看不到的恒星。包括太陽在內(nèi)的上千億顆恒星以及星云等物質(zhì)構(gòu)成了一個盤狀結(jié)構(gòu),這就是銀河系,其直徑估計為10萬光年,將近95億億公里(95后面有16個0)。
銀河系中所有天體的引力互相疊加,形成了一個引力中心,這就是銀心,它與太陽系相距約2.66萬光年。銀心那里有一個質(zhì)量為太陽430萬倍的超大質(zhì)量黑洞,銀心附近的恒星密度極高,所以銀心看起來十分明亮。銀河系中所有恒星都在引力中心的束縛下,繞著銀心轉(zhuǎn)動。
因此,如果以銀心為參照系,在地球繞太陽公轉(zhuǎn)的同時,太陽也帶著地球在銀河系空間中穿行,地球就不會轉(zhuǎn)動到原來的位置,地球的運行軌跡呈現(xiàn)為螺旋曲線。
那么,太陽系在銀河系中朝著哪個方向運動?速度又有多快呢?
地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道平面——黃道面,與銀河系盤面——銀道面,并不重合,黃道面相對于銀道面傾斜了約60度。據(jù)估計,太陽帶著地球等一眾太陽系天體,以每秒236公里的速度在銀盤中前進,每2.12億年繞銀心轉(zhuǎn)一圈,這個公轉(zhuǎn)周期被稱為銀河年。
對于生命而言,一個銀河年極為漫長。在上個銀河年,地球正處于三疊紀晚三疊世,那時還沒有人類,恐龍和哺乳動物才開始在地球上登場,地球陸地還是合成一大塊的盤古超大陸。而從地球誕生至今,也才僅僅過了大約21個銀河年。
有趣的是,太陽系在銀河系中的運動軌道并非是一個平面。太陽系其實是在銀道面上下方100光年的范圍內(nèi)上下擺動,周期估計為6400萬年,所以太陽系每3200萬年就會從銀道面中穿過一次。
從更大的宇宙尺度來看,銀河系也不是靜止的。首先,銀河系是本星系群的一部分,它會繞著本星系群的共同引力中心轉(zhuǎn)動。同樣地,本星系群之上還有室女座星系團,而該星系團之上還有室女座超星系團,它們都會繞著某個共同引力中心轉(zhuǎn)動。
進一步觀測結(jié)果表明,包括銀河系在內(nèi)的10萬個星系共同構(gòu)成了更大的結(jié)構(gòu)——拉尼亞凱亞超星系團,其直徑估計為5.2億光年。這個巨大無比的星系團中有個引力異常的區(qū)域,被稱為巨引源,它束縛著其中所有星系的運動,把所有星系拽向這個引力深淵。
據(jù)估計,這個引力異常區(qū)域聚集著3億億倍太陽質(zhì)量的物質(zhì),它與地球相距1.47億光年。根據(jù)宇宙微波背景偶極數(shù)據(jù),在巨引源強大引力的作用下,銀河系帶著地球正以每秒600公里的速度向它飛去。
照此計算,銀河系將在734億年后被吸入巨引源。這是一個極為漫長的時間,那時候太陽早就停止核聚變反應(yīng),演變成一顆白矮星,逐漸在宇宙中冷卻下來。
如果把參照系選擇在更遙遠的宇宙,銀河系的退行速度將超過光速。由于整個宇宙的空間結(jié)構(gòu)都在不斷均勻膨脹,使得遙遠星系之間相互遠離的速度v與距離D成正比,這就是哈勃定律:
v=H·D
其中比例系數(shù)H為哈勃常數(shù)。
根據(jù)哈勃定律,如果距離足夠遠,星系之間的退行速度將會大于光速。按照最新的哈勃常數(shù)(68.3(km/s)/Mpc)來計算,相對于143億光年外的星系,銀河系遠離它們而去的速度達到了光速。相對于465億光年外的可觀測宇宙邊緣來說,銀河系的退行速度高達每秒97.4萬公里,這相當于光速的3.25倍,已經(jīng)遠超光速。
但這并不意味著違背了相對論的光速限制,因為星系的超光速退行現(xiàn)象是由空間自身膨脹造成的,而星系自身相對于宇宙背景輻射的運動速度遠低于光速。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.