在宇宙尺度下，地球的运动速度究竟有多快？

驳论王洪qa

地球，这颗蔚蓝色的星球，不仅在其自转轴上翩翩起舞，环绕太阳悠然行进，更随着银河系的步伐，向宇宙的深处迈进。
无论从哪个维度观察，地球都在永不停歇地运动。这颗蓝色星球围绕地轴转，大约每24小时完成一圈。在自转的同时，地球也围绕太阳公转，每年走过将近10亿公里的旅程。而整个太阳系，包括太阳、行星及其卫星等都置身于银河系之中，以超越人类历史的时间尺度围绕银河系中心运行。
此外，银河系还在本星系群内移动，而本星系群本身也在星际空间中穿行。
尽管在地球上，我们几乎无法感受到地球的运动，但通过对宇宙的观测，我们能够精确地了解地球在不同宇宙尺度上的运动状态。

图片说明：美国国家航天局（NASA）信使号探测器拍摄的地球照片
地球的自转速度
地球自转的速度，看似简单的问题，实则蕴含复杂多变的答案，这完全取决于你在地球上的具体位置。
我们将地球视作一个“刚体”，就意味着其表面各点相对于其他点的运动状态保持相对恒定。地球绕自转轴旋转一周，表面上几乎每一点都经历了一次完整的自转，耗时约为23小时56分4.09秒，而非我们通常认为的24小时。
这两个时间的差异源于地球绕太阳公转的影响，使得从一次日出到下一次日出，或一次日落到下一次日落，地球需要旋转的角度会超过360度。


地球的平均半径约为6371千米，但考虑到地形起伏和地球整体形状（赤道隆起，两极压缩），具体某点的自转速度会有所不同。
例如，位于赤道的人以每小时1676千米的速度随地球旋转，而在南北纬45度的人则移动得较慢，速度约为1183千米/小时。在北极或南极，人们虽然完成了自转，但实际上在原地未动。
地球自转还带来了其他有趣的现象。例如在高纬度地区因为距离地心更近，重力加速度更大。而赤道附近的自转速度更快，意味着发射火箭到太空所需的能量更少，这也是热带地区成为火箭发射首选地的原因。
此外，月球和太阳的潮汐作用还在使地球自转逐渐减慢，导致地球自转周期每年增加约14纳秒。大约40亿年前，在太阳系的早期阶段，地球的自转速度要比现在快得多，当时的一天只有6到8小时，而不是24小时。
地球绕太阳公转的速度
与自转相比，地球绕太阳公转的速度更为显著。地球与太阳的平均距离约为1.5亿千米，为了维持稳定的近圆形轨道，地球必须以每秒约30千米的速度运动。
这一速度在地球从近日点到远日点的过程中会有所变化，最快时可达30.29千米/秒，最慢时则为29.29千米/秒，两者相差约3%。

图片说明：太阳系在银河系中的位置
太阳系绕银心一圈要多久
银河系拥有数千亿颗恒星，它们在银河系中心超大质量黑洞的引力作用下环绕其运动。我们的太阳系同样身处其中，尽管距离银河系中心约2.7万光年之遥，但也被巨大的引力“束缚”在一个围绕银河系中心的椭圆轨道上公转。
太阳在银河系内公转一圈所需的时间极其漫长，大致在2.2亿年至2.5亿年之间。也就是说，当太阳上次处于银河系内的当前位置时，恐龙在地球上才刚刚出现。
据估计，太阳在银河系的公转速度达到约220千米/秒，这一速度是地球绕太阳公转速度的7倍。需要注意的是，该数值存在约20千米/秒的不确定性，也就是说科学家测算出太阳在银河系中的公转速度精度只有约10%。

图片说明：太阳系行星的轨道平面与太阳在银河系的公转轨道存在约60度夹角
银河系在本星系群中有多快
然而银河系不仅是宇宙中的一个独立星系，它还是本星系群中约60个星系的一员，与包括仙女座星系在内的其他星系相互作用。
本星系群中，规模最大且质量最高的星系当属仙女座星系，它与我们相隔约250万光年之遥，其质量可能达到银河系的两倍。
由于仙女座星系距离过于遥远，以至于我们无法在人类的时间尺度上精确追踪其位置随时间的变化，但我们能够测量到它的移动速度。天文学家的观测显示，我们和仙女座星系相互靠近的速度大约是301千米/秒。
结合太阳在银河系内的移动方向和速度，我们可以断定，银河系与仙女座星系正以109千米/秒的速度相互接近；这意味着，我们正置身于这两个星系碰撞的进程中，预计大约40亿年后，一场壮观的星系合并大幕将缓缓拉开。

图片说明：这组照片描绘了银河系与仙女座星系逐步融合过程在地球上空所呈现的景象。


本星系群穿越星际空间的速度有多快
关于本星系群穿越星系际空间的速度，情况则复杂而有趣。在更广阔的宇宙中，室女座超星系团作为强大的引力源，牵引着本星系群以约300千米/秒的速度向其靠拢。
然而，在宇宙的另一端，一个物质稀少的区域则以相似的速度对我们产生排斥作用。这种吸引与排斥的合力，使得本星系群在宇宙中的净运动速度达到了每秒约600千米。
在宇宙尺度下，我们在往哪疾驰呢
当我们把地球的自转、公转，太阳在银河系中的运动，以及银河系与仙女座星系的相对运动，再加上本星系群受周围宇宙结构影响的运动综合起来时，可以得出一个结论：在任意时刻，我们在宇宙中的移动速度总和约为368千米/秒，指向狮子座的方向。
这个速度在一年中会因地球公转的变化而波动，变化幅度可达每秒30千米。宇宙微波背景辐射的测量结果也支持了这一结论：宇宙微波背景辐射在我们移动的方向（狮子座）上更热，而在相反的方向（宝瓶座）上更冷。
要准确回答“地球在宇宙中移动的速度”这一问题，我们必须明确参照物。是地球自身的旋转速度，还是它相对于太阳的运动？是相对于银河系或本星系群，还是相对于宇宙的其他大型结构？亦或是相对于大爆炸遗留下来的宇宙微波背景？在宇宙中没有绝对的静止，一切都在不断地运动和相互作用中。


随着科学研究的深入和银河系地图精度的提高，我们有望在未来更精确地预测地球及本星系群在宇宙中的运动轨迹，其精度将远超今日之想象。
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编译：文星
审核：北京天文馆研究馆员 李昕