3.9万米挑战近太空跳伞,依然能回到地球,地球引力范围有多大?( 二 )
引力平衡
既然引力是无穷无尽的 , 那么太空中的天体为何没有相互“集合”在一起?而地外太空中的卫星以及空间站等等 , 又是如何能够维持在地球表面运行的 。 其实答案很简单 , 那就是寻找足够的力与引力相互对抗 。 当两个对应方向上的力达到平衡以后 , 物体自然就会稳定在某一个轨道上 , 且不会受到外力的影响 。
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万有引力猜想
早在1632年的时候 , 其实伽利略就已经提出了离心力和向心力的初步想法 。 只不过在那个年代 , 由于科学发展的限制 , 伽利略并不知道应该如何描述这两种特殊的力 , 有关力的方向 , 大小以及变化就更不用说 。 好在牛顿以及其他科学家的不断努力 , 最终离心力定律被证实 , 而向心力及其定义也出现在牛顿《论回转物体的运动》一文中 。
在这之后 , 牛顿苹果的故事暂且不谈 , 从离心力到万有引力 , 牛顿花费了足足20年左右的时间 , 才建立了一个较为完整的力学体系 。 尤其是在《自然哲学的数学原理》之中 , 牛顿表明天体以及地球上的所有物体 , 都存在相互的吸引力 , 这才是万有引力的真正由来 。
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地球的引力影响
到了现代生活之中 , 卫星以及空间站等人类探测器之所以能够在地球表面稳定运行 , 其实最根本的缘由就在于“力的平衡” 。 我们在地球上感觉不到地球的转动 , 但如果放在足够的视野空间内 , 那就能够看到地球以每秒29.79公里的速度围绕太阳运动 , 而它自身也在以线速度为466米/秒在进行自转运动 。
在这样的情况下 , 当卫星以及空间站被地球“甩”出去的时候 , 自然会出现一个离心力 。 我们只要让这个离心力和地球的引力达到平衡 , 且保证卫星以及空间站的运转速度跟上地球的运动 , 那么卫星稳定在地外空间自然也就不是什么难事 。
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除去对卫星以及空间站的影响之外 , 其次就是地球与天体之间的相互作用和影响了 。 这同样容易理解 , 以潮汐现象为例 , 其实就是地球和月球之间的引力相互作用下出现的海水周期性涨落现象 。
那么为什么太阳系中的其他行星和地球没有类似的关系和表现呢?这主要是受到更大引力场的牵制作用 。 月球围绕地球运动 , 受到地球的牵制 , 而地球以及其他行星在太阳系之中 , 其实就是在不同距离下受到太阳的引力影响而运动 , 并最终维持了稳定 。
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万有引力与广义相对论
从上面的表象阐述可知 , 万有引力对天体研究的帮助其实是很大的 。 也正是借助了万有引力的理论数值 , 人类才能够开启地外探索之路 。 那么为什么在这样的情况下 , 还会出现万有引力并不是力的说法呢?一旦这样的说法被证实 , 我们日常生活中所看到的一切现象 , 又将用什么样的定义来证明?
事实上 , 在我们的日常生活之中 , 也就是地球内部的引力定律发生变化的可能性不大 。 换句话来说 , 我们将地球引力范围做出分类 , 那么地表的引力只需要借助万有引力定律就能够解决99%以上的难题;可如果是地外太空的现象研究 , 那么就要重新理解万有引力的定律 。
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在广义相对论之中 , 万有引力的说法并不准确 , 天体运动并不是因为受到了吸引 , 就像太阳系中的八大行星围绕太阳运动 , 和太阳本身的引力并没有任何关系 , 主要是因为太阳将周围的时空弯曲了 , 所以才导致八大星空在我们认知的同一时空中运动 。
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