地球會自轉,也會公轉,無論從哪個維度觀察,它都在永不停歇地運動著。那么,在宇宙尺度下,地球的運動速度究竟有多快呢?
地球圍繞地軸旋轉,大約每24小時完成一圈。它在自轉的同時,也圍繞太陽公轉,每年完成約10億千米的旅程。而整個太陽系,包括太陽、行星及其衛(wèi)星等都置身于銀河系中,以超越人類歷史的時間尺度圍繞銀河系中心運行。此外,銀河系也在本星系群內移動,而本星系群也在星際空間中穿行。
人類雖然生活在地球上,對地球的運動沒有什么感覺,但是地球確實是無時無刻不在運動著,科學家通過對宇宙的觀測,讓我們能夠精確地了解,地球在不同宇宙尺度下的運動狀態(tài)。
首先是地球在自轉。
在看地球自轉的速度時,我們將地球視作一個“剛體”,這就意味著其表面各點相對于其他點的運動狀態(tài)保持相對恒定。地球自轉繞地軸旋轉一周,表面上幾乎每一點都經(jīng)歷了一次完整的自轉,耗時約23小時56分4秒,而非正好24小時。
這兩個時間的差異源于地球繞太陽公轉而產(chǎn)生的影響,使得從一次日出到下一次日出,或一次日落到下一次日落,地球需要旋轉的角度超過360度。
大約在40億年前,太陽系的早期階段,地球的自轉速度要比現(xiàn)在快得多,當時地球自轉一圈只有6~8小時。
其次是地球在公轉。
與自轉相比,地球繞太陽公轉的軌跡更為顯著。
地球與太陽的平均距離約1.5億千米,為了維持穩(wěn)定的近圓形軌道,地球必須以每秒約30千米的速度繞太陽轉動。這一速度在地球從近日點到遠日點的過程中會有所變化,最快時可達30.29千米/秒,最慢時則為29.29千米/秒,兩者相差約3%。
此外,月球和太陽的潮汐作用也使地球自轉速度逐漸減慢,導致地球自轉周期每年增加約14納秒。
那么,銀河系在本星系群中的運動速度有多快呢?
銀河系不僅是宇宙中的一個獨立星系,還是本星系群中約60個星系的一員,與包括仙女座星系在內的其他星系相互作用。通過太陽在銀河系內的移動方向和速度,我們可以斷定,銀河系與仙女座星系正以109千米/秒的速度相互接近;這意味著,我們正置身于這兩個星系碰撞的進程中,預計在40億年后,一場壯觀的星系合并大幕將緩緩拉開。
本星系群穿越星際空間的速度有多快呢?
關于本星系群穿越星際空間的速度,情況比較復雜,卻很有趣。在更廣闊的宇宙中,仙女座超星系團作為強大的引力源,牽引著本星系群以約300千米/秒的速度向其靠攏。
然而,在宇宙的另一端,一個物質稀少的區(qū)域則以相似的速度對我們產(chǎn)生排斥作用。這種吸引與排斥的合力,使得本星系群在宇宙中的凈運動速度達到了約600千米/秒。
那么地球在宇宙尺度下,在往哪里疾馳呢?
當我們把地球的自轉和公轉,太陽在銀河系中的運動,以及銀河系與仙女座星系的相對運動,再加上本星系群受周圍宇宙結構影響的運動綜合起來時,可以得出一個結論:在任意時刻,我們在宇宙中的移動速度總和約為368千米/秒,指向獅子座的方向。
這個速度在一年中會因地球公轉的變化而波動,變化幅度可達30千米/秒。宇宙微波背景輻射的測量結果也支持了這一結論:宇宙微波背景輻射溫度在整個天空大約有千分之一的變化,最熱的天區(qū)在獅子座方向,最冷的天區(qū)在寶瓶座方向。