地球移動速度有多快？若停止自轉會發生什麼？

07-15

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作為一個地球人，很容易相信我們是站著不動的。畢竟我們在周圍的環境中沒有感覺到任何運動。但是當你觀察天空時，你可以看到我們在移動的證據。一些最早的天文學家提出，我們生活在一個地心宇宙中，這意味著地球是萬物的中心。他們說太陽圍繞著我們旋轉，導致了日出和日落——月亮和行星的運動也是如此。但有些事情與這個願景並不相符。有時，一顆行星在繼續向前運動之前會在天空中後退。我們現在知道，這種運動——被稱為逆行運動——發生在地球在其軌道上「追趕」另一顆行星的時候。例如，火星的軌道比地球離太陽更遠。在地球和火星各自的軌道上，地球追上了這顆紅色的行星並經過它。

一段新的延時視頻結合了德斯科vr衛星史詩般的攝像機拍攝到的3000張照片，顯示了一年中地球的自轉，從100萬英里外就可以看到。圖片：NASA Goddard via YouTube

博科園-科學科普：當地球經過它時，行星在天空中向後移動，過了一會兒，它又向前走了。另一個關於以太陽為中心的太陽系的證據來自視差，即恆星相對於其他恆星的位置的明顯變化。對於一個簡單的視差的例子，舉起你的食指在你面前的手臂的長度。只用你的左眼看，閉上你的右眼。然後閉上你的右眼，用你的左手看看手指。手指的明顯位置發生變化。這是因為你的左眼和右眼看著手指的角度略有不同。當我們看星星時，地球上也會發生同樣的事情。繞太陽公轉需要365天。如果我們在夏天看一顆恆星(相對靠近我們)，在冬天再看一次，它在天空中的明顯位置會發生變化，因為我們在軌道上的位置不同。我們從不同的角度看星星，通過一些簡單的計算，利用視差我們也可以算出到恆星的距離。

自轉有多快？

地球自轉是恆定的，但速度取決於你所處的緯度。根據美國國家航空航天局(NASA)的數據，地球最大部分的周長約為24,898英里(40,070公里)。(這個地區也叫赤道。)如果估計一天有24小時，就用周長除以一天的長度。它在赤道處的速度為每小時1037英里(每小時1670公里)。然而在其他緯度，不會移動得那麼快。如果我們在地球的中點移動到緯度45度(北緯或南緯)，可以用緯度的餘弦(三角函數)來計算速度。

一個好的科學計算器應該有一個餘弦函數，如果你不知道如何計算的話，45的餘弦值是0.707，所以45度的旋轉速度大約是0.707 x 1037 = 733英里每小時(1180公里每小時)。隨著你往更北或往南走，速度會更慢。當到達北極或南極的時旋轉速度確實非常慢——在原地旋轉需要一整天。太空機構喜歡利用地球自轉，例如如果他們將人類送往國際空間站，首選的地點就是靠近赤道。這就是為什麼國際空間站的貨運任務，例如從佛羅里達發射。通過這樣做和發射與地球自轉相同的方向，火箭獲得了加速，幫助它們飛向太空。

地球繞太陽公轉的速度有多快?

當然地球自轉並不是我們在太空中唯一的運動。根據康奈爾大學的數據，地球在太陽周圍的軌道速度大約為每小時67000英里(107000千米/小時)，我們可以用基本幾何來計算。首先必須計算出地球的旅行距離。地球繞太陽運行大約需要365天。軌道是橢圓的，但為了簡化計算，假設它是圓。地球的軌道是一個圓的周長。根據國際天文學家聯盟的數據，從地球到太陽的距離——被稱為天文單位——是92,955,807英里(149,597,870公里)。半徑(r)。一個圓的周長等於2πx r。所以在一年內,地球旅行大約5.84億英里(9.4億公里)。因為速度等於距離/時間,計算地球的速度是5.84億英里(9.4億公里)除以365.25天,結果除以24小時英里每小時或公里每小時。因此地球每天大約運行160萬英里(260萬公里)，即66627英里每小時(107226公里每小時)。

太陽和銀河也在移動

太陽在銀河系中有自己的軌道。太陽距離銀河系中心約25000光年，而銀河系至少有10萬光年寬。據斯坦福大學(Stanford University)數據，我們被認為離該中心大約有一半的距離。太陽和太陽系似乎以每秒200公里的速度移動，或者以平均每小時44.8萬英里(72萬公里/小時)的速度移動。即使以這樣的速度，太陽系也要花大約兩億三千萬年才能繞銀河系運行。銀河系也相對於其他星系在空間中運動。大約40億年之後，銀河系將與它最近的鄰居仙女座星系發生碰撞。它們以每秒70英里(每秒112公里)的速度向對方衝去。因此，宇宙中的一切都在運動。

如果地球停止旋轉會發生什麼？

你現在不可能被拋向太空，因為地球的重力比它的旋轉運動要大。(後一種運動叫做向心加速度。)在其最強的點，也就是赤道，向心加速度僅能抵消地球引力的約0.3%。換句話說，你甚至都沒有注意到它，儘管你在赤道的體重比在兩極要輕一些。在未來的幾十億年里，地球停止自轉的可能性「幾乎為零」。然而從理論上講，如果地球突然停止運動，將會產生可怕的影響。大氣層仍然以地球自轉的原始速度運動。這意味著所有的東西都將被從陸地上沖走，包括人、建築物、甚至樹木、表層土和岩石。

如果這個過程更循序漸進呢？這是數十億年以來更有可能發生的情況，因為太陽和月球正在拉動地球的自轉。這將給人類、動物和植物足夠的時間來適應這種變化。根據物理學定律，地球自轉速度最慢的時候是每365天轉1圈。這種情況被稱為「太陽同步」，它將迫使我們星球的一邊永遠面對太陽，而另一邊則永遠面對太陽。相比之下，地球的月球已經在地球同步旋轉，月球的一面總是面對著我們，而另一面卻與我們相反。

但美國國家航空航天局(NASA)表示，我們暫時回到不旋轉的情況:如果地球完全停止旋轉，還會有其他一些奇怪的效應。首先，磁場可能會消失，因為它被認為部分是由自旋產生的。會失去多彩的極光，而環繞地球的范艾倫輻射帶也可能會消失。那麼地球將會在太陽的狂怒之下赤裸。每當它向地球發射日冕物質拋射(帶電粒子)時，它就會撞擊地表，把所有東西都浸在輻射中，這是一個重大的生物危害。

博科園-科學科普｜文：Elizabeth Howell/Space