地球重达60万亿亿吨，为何能悬浮太空，不掉入宇宙深渊呢？

其实地球有多重大家并不是特别关心，但怎么说也比同体积空气重不是吗？但却能悬浮在宇宙中，绕着太阳日复一日，年复一年的公转，却不会往下掉，是不是很神奇？



地球的质量60万亿亿吨是怎么来的？

牛顿发现了万有引力现象，他在1687年给出了万有引力的描述：两个天体之间的引力和它们的质量成正比，与它们距离的平方成反比，写成公式大概就如下：



写公式就是如上图，但牛顿当时并没有给出这个G（万有引力常数）的值，他也曾经想过，可以用一座巨大的山对一个铅锤的吸引，进而求出万有引力常数，再计算出地球的质量，可惜当时连牛顿都觉得这个不可能，因为和地球相比，山的质量微不足道！



1773年英国皇家天文学家内维尔·马斯基林真的就测试了山对铅锤的吸引力，他选择了榭赫伦山（几乎是个标准的圆锥体，方便计算体积），并且附近只有它一座高山，经过数年的观测，他得出结论，铅锤被榭赫伦山吸引倾斜了11.6角秒，由此计算出地球的平均密度是榭赫伦山平均密度的1.8倍，继而算出地球总质量为4.772*10^24千克！



榭赫伦山的偏远位置与对称山形对实验很有利

其实这也算不错了，只差了20%，至少在同一个数量级以内，不过这个测量方法误差太大，而在榭赫伦实验后的10年后约翰·米歇尔想出了一个绝妙的扭称实验，测量万有引力常数，结果实验还没完善他就去世了，卡文迪许接手后继续实验，终于测出了万有引力常数！



卡文迪许测得的万有引力常数

这个数字准确度极高，只比2014年科学技术数据委员会推荐的万有引力常数值相差小于1%。因此用这个数字计算的地球质量5.965*10^24千克，也基本和现在差不离了！

地球为什么能浮在太空中？

地球的质量确实很大，与它相比，即使是所有的海水质量也没有它的万分之一质量，那么它为什么不会往下掉呢？首先我们有一个问题要确定一下，太空中怎么确定上下呢？



我们都知道，宇宙飞船绕着地球在飞，“离心力”和引力抵消，所以在飞船中是失重的，飞船中的上下我们可以参考舱内的摆设来辅助辨认，但是到了舱外怎么区分，而且在任何轨道环绕地球飞行的时候，我们看到的地球都是一个球体，怎么分辨上下？

宇宙中到底怎么来定义上下

其实在宇宙中我们有一个简单的定义方式，找出地球的北极，很多人马上就明白了，指南针的N指向北极，所以北极就是上，结论似乎正确，但方法是错的，因为地磁的北极是S，那样N才会指向北极，所以北极另有判断方式，伸出右手，四指指向地球自转方向自然弯曲，然后大拇指方向就是北极！



右手定则，判断北极方向

因为人类大都在北半球，科学最早发展也是在北半球，所以一般的情况下，我们都是将北极朝上画的，这是习惯的上方！

在太空中，真正地“下”在哪里？

刚刚我们找出的下方，只是约定俗成，习惯上的下方，但对于地球来说，它的下方指向质心，也就是说我们每一个人站在地球上，脚下就是下方，所以对于地球来说，整个球体表面都比内部在更高的上方！



但在太阳系中就不能这样来理解了，我们脱离了地球的参考系，在太阳系中，以日心为参考显然是比较合适的，地球绕着太阳公转产生的“离心力”和引力相等，所以地球遏制住了掉落太阳的趋势，因此对于地球来说，日心就是地球的下方！为什么地球没有下落是因为地球的公转，如果谁将它刹车至零，估计要不了多久，地球就掉入太阳了！



用广义相对论的引力场示意图来理解上下也许更直观，一张图就能看出上下到底在哪里！地球上的人没有被太阳更大的引力吸走是因为，我们都在地球的洛希瓣之内，在这个范围内陆球引力有绝对的控制权，分界点在日地拉格朗日的L1点！



拉格朗日点

宇宙中有真正的下吗？准确的说，应该是有的，至少每个星系肯定有，比如银心黑洞就是整个银河系绝对控制的“下”，从引力弯曲空间的角度来看，就如下图：



太阳、中子星和黑洞对于时空的弯曲

不过各位放心，太阳系在距离银心约2.6万光年的位置围绕银心公转速度超过220千米/秒，足以维持在这个位置继续公转，而且据说银河系存在暗物质才将太阳系抓住，要不然早跑了！



比星系更大规模运动就不太好确认了，比如几亿光年内的星系都朝着巨引源运动，但却因为宇宙膨胀的原因永远都赶不到那里，因为银河系运行的速度只有600-800千米/秒，而就巨引源远离的速度却高达4400千米/秒！



因为整个宇宙一直不断地在膨胀，1998年两位科学家还发现宇宙在45亿年前还加速膨胀了，是不是有点晕，不知道未来宇宙啥结果，但至少也会在千亿年后才发生，关我啥事呢？