羽毛都会坠落，为啥60万亿亿吨的地球，却能漂浮在太空中？

史剑浇

导语

太阳是太阳系的中心，行星和其他远处的天体徜徉其间，形成一个庞大的体系。
然而，这个体系中却有一个独特的存在:“地球”。
地球距离太阳几乎一直保持在一个固定的距离，没有被太阳吞没，也没有被太阳抛离，犹如一颗孩童手中指间翻飞的漂流瓶，守护着太阳，又不受太阳的束缚。

但天文物体都会受到引力的影响，地球又是如何保持这种特殊的状态呢?
地球是如何做到“随风飘浮”的呢?

一、“悬浮”在太空中。

一天下午，牛顿迎着微风在果园里面闲逛，晃晃悠悠地走着，途中看到了一颗苹果从树上掉落。
苹果自树上掉落，直直地掉落到地上，显然牛顿能够瞬间知道为什么苹果会掉落:“地球正在吸引苹果。”

地球有一个很强大的吸引力，这种力就是“重力”，但是地球的重力只是对一些物体起到一种“使物体有向心向”的作用，物体都会被吸引到地球的中心。
为了解释为什么苹果总是向下坠落，牛顿于是提出一个伟大的定律，这个就是“万有引力定律”。
牛顿的万有引力定律是这样表述的:“两颗物体之间的引力主要取决于两个物体质量的乘积和它们之间的距离的平方的比值。”

简单来说，就是两个物体越重，之间的距离越近，所受到的引力就越大。
地球就是“大石头”。
地球的质量大概是60万亿亿吨，地球的半径大概是6400千米。
我们身处地球，所以我们受到的万有引力也是向地心方向的，我们在宇宙中的“下”往往指的就是这个方向。
按照牛顿的公式，地球与物体之间的引力大小为:G(m1*m2)/r^2，G是引力常数，r是物体与地球中心的距离，m1和m2分别是地球和物体的质量。

可以看到，地球的质量和半径都是定值，而万有引力的大小主要取决于物体质量和与地心的距离，所以可以得知，物体越质量越大，距离地心越近，其所受的重力就越大，这也就是为什么我们会觉得“越靠近地面，重力越大”。## 2、地球不会落向太阳。
然而，地球在宇宙中并不孤立，它有一个伙伴，那就是太阳。
太阳是一个非常炽热的火球，能够向外发射出灼热的阳光，给地球带来温暖。
同时，太阳也是这个体系中最大的一个“重石”。
太阳的质量大概是地球质量的300000倍，同时太阳光照的范围也非常广，距离光照到的有效照距离达到几亿千米，这个范围称为“光晕”，“光晕”的外围便是“太阳系”的边界。
地球与太阳之间的距离大概相当于15000万千米，在这样距离下，如果地球受到太阳的引力，那么它很快就会被太阳吞没。

按照之前讲的物体与地球之间的引力大小的计算公式，可以得出地球与太阳之间的引力大小。
但是从计算结果上来看，地球与太阳之间所受的引力比地球的引力还要大，这也就是说，地球总会被吸引向太阳，从而被太阳吞没的，然而显然地球没有被太阳吞没，所以牛顿的万有引力不仅有着如此巨大的“吸引别人的力量”，还有着相当于“给他别人施加的力量”，而这种力量就是引力。
地球和太阳之间的引力差的对值也是很大的，但是由于地球和太阳之间的距离很大，地球受到的离心力也很大，所以地球在太阳的引力和地球本身的离心力的共同作用下，围绕太阳进行公转。

地球和太阳之间所受的引力公式可以很快地进行简化:G(m1*m2)/r^2，由于m1和m2都是太阳和地球的质量，所以我们就可以将它们约掉，地球和太阳之间的引力就是距离太阳的距离的平方与中心星球的质量的乘积的比值:Gm/r^2。
从公式上来看，地球和太阳的引力明显是不如地球和地球之间的引力的。
所以地球和太阳之间的引力让地球围绕着太阳进行公转。
但是太阳系中不仅有太阳，还有8颗行星，加上这些行星都有自己的卫星和恒星，所以在太阳系中，各个星球之间受到的引力不仅仅是来自太阳的，还有其他星球的引力，这些引力也会对星球的运动轨迹产生影响。

但是地球依然在太空中远离着太阳有节奏地公转着，太阳从东方升起，然后穿过南方在西边落下，昼夜更替，四季轮回，地球仿佛是一个巨大的机器一样工作着。
然而，在地球上是感受不到自己在移动的，毕竟地球的直径大概有12742千米，所以地球带来的“离心力”就会非常小，拥有自己的“引力”也回非常小，所以地球只是公转的时候会微微产生一些摩擦力，日复一日，轮回往复，新的一年又来了，这其实是由太阳的引力决定的，“四季”也就是由地球公转导致的。

二、物体绕行星运转的原理。

既然当初牛顿通过苹果的掉落，总结出了万有引力定律，那么地球公转这个现象其实也在万有引力“法则”的范围之内。
牛顿的万有引力定律:G(m1*m2)/r^2，严格的讲，这个公式只适用于两个天体之间的引力大小。
然而，当其他星球的引力的影响也加入其中，地球的运动就会变得复杂，而地球的轨迹和速度也会受到其他因素的影响。
但是牛顿“灵机一触”，提出了一个重要的定理:“运动定律”，这个定理是:要保持物体不变速直线运动或者不运动，需要有一个与这个物体的合外力矢量和力矩的和等于零。

而当我们介绍物体做平面运动的时候，我们就会涉及到一种物体的运动状态:“惯性参考系”。
简单来说，在这个参考系中，物体会做匀速直线运动或者位置不变。
牛顿万有引力“法则”中，m1是地球的质量，m2是其他星体的质量，因为我们是在地球上面观察其他行星的运动，是在一个惯性参考系中，所以地球和其他行星之间受到的力就是万有引力。
在万有引力的作用下，太阳对地球施加力，而同样地球也会对太阳施加力，两者大小相等，方向相反，所以这两颗天体不会受到摩擦力，也就永远在进行公转。
关于地球为什么能够一直围绕着太阳公转，能够按照既定的轨道进行运动的原因，说的再宏大，怎能不提万有引力这一神奇的“力量”。

“力”是一个矢量的概念，它有方向有大小，有时候时非常微弱的，有时候又是巨大的。
上文中，已经一一简单介绍了地球和太阳之间的引力大小:Gm/r^2，同样，也可以推出地球的引力大小和太阳的质量和地球离太阳的距离的关系:GM/r^2，G是引力常数，所以可以看出，地球在公转的时候会在不同的地方，所以地球在不同时刻受到的公转的引力大小也会不同，只有当地球受到的公转引力和地球的引力平衡时，地球才能在太阳的引力下进行公转。

在太空中是没有上下左右的概念的，我们在地球上用习惯的思维认为“地球是在太阳的下面公转的”，实际上这是错误的，地球和其他行星都是在太阳周围围绕的，断不会“掉下”去。
天体之间的运动，只是因为地球和其他行星受到太阳的引力向太阳靠拢，同样他星球也受到地球的引力，各自之间都受到引力，只有当受到的引力平衡时，各自才能在太阳周围公转。

物体绕行星运转的关键点在于速度。
只有当物体达到一定的速度，才能绕过行星进行运转，而当这个速度达到某一值时，物体也就可以逃离行星的引力。
三、结语。

地球自诞生开始，就一直绕着太阳公转，这个轨道是如此美妙，让一切都变得生机勃勃。
但是地球在宇宙中的位置是动态变化的，只要引力和速度保持就，地球的轨道就不会产生太大的“微妙的改变”。

当人类在太空中有所作为，建起各种设施，就需要非常精确的计算这些设施的轨道，它们的速度和引力平衡点，以确保设备能够稳定运转。
地球在太阳周围绕行的轨道是一个椭圆，不是完全的圆形，这也说明了速度和引力平衡的微妙关系。
只有明白这些，我们才能够更好地探索、认识宇宙中其他天体的规律。

这也是科学之美，推动着人们不断向前，去探寻未知。