计算结果告诉你,地球移动的到底有多快?

一段新的延时视频结合了来自DSCOVR卫星的EPIC相机的3000张照片,展示了地球自转的一年,从100万英里以外的地方可以看到。

作为一个地球人,我们很容易相信我们是站着不动的。毕竟,我们在周围的环境中没有感觉到任何运动。但是当你观察天空时,你可以看到我们在移动的证据。

一些最早的天文学家提出,我们生活在一个地心宇宙中,这意味着地球是万物的中心。他们说太阳围绕着我们旋转,导致了日出和日落——月亮和行星的运动也是如此。但有些事情与这个愿景并不相符。有时,一颗行星在继续向前运动之前会在天空中后退。

我们现在知道,这种运动——被称为逆行运动——发生在地球在其轨道上“追赶”另一颗行星的时候。例如,火星的轨道比地球离太阳更远。在地球和火星各自的轨道上,我们追上了这颗红色的行星并经过它。当我们经过它时,行星在天空中向后移动。过了一会儿,它又向前走了。

另一个关于以太阳为中心的太阳系的证据来自视差,即恒星相对于其他恒星的位置的明显变化。对于一个简单的视差的例子,举起你的食指在你面前的手臂的长度。只用你的左眼看,闭上你的右眼。然后闭上你的右眼,用你的左手看看手指。手指的明显位置发生变化。这是因为你的左眼和右眼看着手指的角度略有不同。

当我们看星星时,地球上也会发生同样的事情。绕太阳公转需要365天。如果我们在夏天看一颗恒星(相对靠近我们),在冬天再看一次,它在天空中的明显位置会发生变化,因为我们在轨道上的位置不同。我们从不同的角度看星星。通过一些简单的计算,利用视差我们也可以算出到恒星的距离。

旋转有多快?

地球自转是恒定的,但速度取决于你所处的纬度。这是一个例子。根据美国国家航空航天局(NASA)的数据,地球最大部分的周长约为40,070公里(这个地区也叫赤道)。如果你估计一天有24小时,你就用周长除以一天的长度。它在赤道处的速度为每小时1670公里。

然而,在其他纬度,你不会移动得那么快。如果我们在地球的中点移动到纬度45度(北纬或南纬),你可以用纬度的余弦(三角函数)来计算速度。一个好的科学计算器应该有一个余弦函数,如果你不知道如何计算的话。45的余弦值是0.707,所以45度的旋转速度大约是0.707 x 1670 = 1180公里每小时。随着你往更北或往南走,速度会更慢。当你到达北极或南极的时候,你的旋转速度确实非常慢——在原地旋转需要一整天。

太空机构喜欢利用地球自转。例如,如果他们将人类送往国际空间站,首选的地点就是靠近赤道。这就是为什么国际空间站的货运任务(例如,从佛罗里达发射)通过这样做和发射与地球自转相同的方向,火箭获得了加速,帮助它们飞向太空。

地球绕太阳公转的速度有多快?

当然,地球自转并不是我们在太空中唯一的运动。根据康奈尔大学的数据,我们在太阳周围的轨道速度大约为107000千米/小时。我们可以用基本几何来计算。

首先,我们必须计算出地球的旅行距离。地球绕太阳运行大约需要365天。轨道是椭圆的,但为了简化计算,假设它是圆。地球的轨道是一个圆的周长。根据国际天文学家联盟的数据,从地球到太阳的距离(被称为天文单位)是149,597,870公里,这就是半径(r)。一个圆的周长等于2 x π x r。所以在一年内,地球旅行大约9.4亿公里。

因为速度等于距离÷时间,计算地球的速度是9.4亿公里除以­­365.25天,结果除以24小时,从而得到公里/每小时。因此,地球每天大约运行260万公里,即107226公里/每小时

太阳和星系也在运动

太阳在银河系中有自己的轨道。太阳距离银河系中心约25000光年,而银河系至少有10万光年宽。据斯坦福大学称,我们被认为离该中心大约有一半的距离。太阳和太阳系似乎以每秒200公里的速度移动,或者以平均72万公里/小时的速度移动。即使以这样的速度,太阳系也要花大约两亿三千万年才能绕银河系运行一圈。

银河系也相对于其他星系在空间中运动。大约40亿年之后,银河系将与它最近的邻居仙女座星系发生碰撞。它们以每秒112公里的速度向对方冲去。

因此,宇宙中的一切都在运动。

如果地球停止自转会发生什么?

你现在不可能被抛向太空,因为地球的重力比它的旋转运动要大(后一种运动叫做向心加速度)。在其最强的点,也就是赤道,向心加速度仅能抵消地球引力的约0.3%。换句话说,你甚至都没有注意到它,尽管你在赤道的体重比在两极要轻一些。

NASA说,在未来的几十亿年里,地球停止自转的可能性“几乎为零”。然而,从理论上讲,如果地球突然停止运动,将会产生可怕的影响。大气层仍然以地球自转的原始速度运动。NASA补充说,这意味着所有的东西都将被从陆地上冲走,包括人、建筑物、甚至树木、表层土和岩石。

如果这个过程更循序渐进呢?NASA说,这是数十亿年以来更有可能发生的情况,因为太阳和月球正在拉动地球的自转。这将给人类、动物和植物足够的时间来适应这种变化。根据物理学定律,地球自转速度最慢的时候是每365天转1圈。这种情况被称为“太阳同步”,它将迫使我们星球的一边永远面对太阳,而另一边则永远面对太阳。相比之下,地球的月球已经在地球同步旋转,月球的一面总是面对着我们,而另一面却与我们相反。

但NASA表示,我们暂时回到不旋转的情况:如果地球完全停止旋转,还会有其他一些奇怪的效应。首先,磁场可能会消失,因为它被认为部分是由自旋产生的。我们会失去多彩的极光,而环绕地球的范艾伦辐射带也可能会消失。那么地球将会在太阳的狂怒之下赤裸。每当它向地球发射日冕物质抛射(带电粒子)时,它就会撞击地表,把所有东西都浸在辐射中。“这是一个重大的生物危害,”NASA说。

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