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 一元堂中醫(yī)張 2024-10-23

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封面圖片Credit: NASA, ESA; Acknowledgements: Ming Sun (UAH), and Serge Meunier 

定位宇宙中的我們,科學(xué)家會告訴你:我們是在一個名叫地球的行星上,這個行星在自轉(zhuǎn),同時還圍繞太陽公轉(zhuǎn),太陽系則圍繞著銀河系中心在橢圓軌道上運動,而銀河系正被拉向同屬于本星系群的仙女座星系,本星系群在拉尼亞凱亞超星系團(tuán)當(dāng)中同時又與其他星系群、星系團(tuán)和宇宙“空洞”相互作用,而拉尼亞凱亞超星系團(tuán)在宇宙超大尺度上位于KBC空洞中(見牧夫6月27日文)。經(jīng)過幾十年的研究,現(xiàn)在我們已經(jīng)基本掌握了這些運動,并能確定各種運動的方向和速度。

地球自轉(zhuǎn)速度0.5米/秒

當(dāng)你讀本文時,你很可能以為自己是靜止的。但我們知道,在宇宙層面我們絕對不會是靜止的。首先,我們地球是在自轉(zhuǎn),如果我們在赤道上,那地球帶著我們以1700公里/小時的速度運動。這個數(shù)字貌似很大,但在宇宙尺度,這真就是那么一丁點!如果換算成每秒鐘,數(shù)字將變?yōu)?.5公里/秒,這還不到光速的0.001%。但地球的自轉(zhuǎn)意義重大!它不僅引起赤道橫軸大于兩極縱軸,還產(chǎn)生了晝夜,并強化了地球的磁場,而地球的磁場保護(hù)我們免于宇宙射線和太陽風(fēng)的致命傷害。

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地球磁場的屏障作用

Credit: Steele Hill / NASA 

地球公轉(zhuǎn)速度30米/秒

地球和其他行星一樣以超過自轉(zhuǎn)的速度圍繞太陽公轉(zhuǎn)。我們想在目前的公轉(zhuǎn)軌道上穩(wěn)定運動,那需要地球具備30公里/秒的公轉(zhuǎn)速度。地內(nèi)行星水星和金星速度更高,而地外行星則較慢。行星會在各自的橢圓形公轉(zhuǎn)軌道上不斷運行,地球運行一圈的時間大約是365天。

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水星、金星、地球和火星的公轉(zhuǎn)動圖

Credit: NASA / JPL

太陽系繞銀心速度200-220公里/秒

太陽也不是靜止的,我們的銀河系本就是一個在旋轉(zhuǎn)中的巨大天體。銀河系里的恒星、行星、氣體云、塵埃、黑洞和暗物質(zhì)等都在運動。我們距離銀河系中心大約2.5萬光年,太陽系在橢圓軌道運行一圈需要2.2-2.5億年。而這個運動速度估計是200-220公里/秒,這個速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上面介紹的地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度,而且各自的運動平面都不在一起。

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根據(jù)真實數(shù)據(jù)模擬的行星公轉(zhuǎn)和太陽系在銀河系的運動

Credit: Rhys Taylor of http://www./ 

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銀道平面和太陽系平面的關(guān)系

Credit: Science Minus Details

http://www.

銀河系相對仙女座星系速度300公里/秒

銀河系會在周圍致密物質(zhì)團(tuán)塊和空洞區(qū)域的相互作用下運動。在本星系群當(dāng)中,已經(jīng)測量出我們正朝著質(zhì)量最大的仙女座星系以301公里/秒的速度運動,如果考慮太陽系在銀河系中的運動,那仙女座星系和銀河系正面對面的以109公里/秒的速度運動。

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仙女座星系是本星系群最大星系,距離我們約250萬光年

Credit: ScienceTV on YouTube / Screenshot 

外部引力疊加本星系群速度300公里/秒

本星系群周圍還有很多其他星系、星系團(tuán)在向我們施加引力,甚至更遙遠(yuǎn)的物質(zhì)團(tuán)塊也在施加引力。通過我們觀測、測量和計算,這些力的綜合作用是帶來了額外的速度300公里/秒。

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室女座超星系團(tuán)

Credit: Andrew Z. Colvin, via Wikimedia Commons

宇宙空洞引力斥力作用后的600公里/秒

根據(jù)最新的研究,我們發(fā)現(xiàn)了宇宙空洞引力斥力。在引力作用下,物質(zhì)會持續(xù)不斷的聚集在致密區(qū)域,密度較低的區(qū)域密度會繼續(xù)下降。密度較高的區(qū)域?qū)ξ覀兪┘恿四莻€方向的引力,而密度低于我們的區(qū)域相當(dāng)于對我們在相反的方向施加了斥力。在宇宙中,我們周圍致密區(qū)域的相反方向是空洞區(qū)域,引力和斥力大約都產(chǎn)生300公里/秒的速度,疊加后是600公里/秒。

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藍(lán)色是致密區(qū)域的引力,紅色是空洞區(qū)域引起的相對斥力

Credit: Yehuda Ho man, Daniel Pomarède, R. Brent Tully, and Hélène Courtois, Nature Astronomy 1, 0036 (2017) 

上述運動合并后的速度368±30公里/秒

如果把上述的速度進(jìn)行疊加:地球自轉(zhuǎn)、地球公轉(zhuǎn)、太陽系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)、銀河系朝向仙女座星系運動以及本星系群在致密區(qū)的吸引和空洞區(qū)的“斥力”。得到我們在向一個特定的方向以368公里/秒的速度運動,正負(fù)30公里/秒,這取決于地球的公轉(zhuǎn)位置。通過宇宙微波背景輻射多普勒效應(yīng)的測量,也驗證了這一測算。

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宇宙大爆炸的“余光”:紅色方向高于均值3.36毫開爾文,而反向藍(lán)色低于均值3.36毫開爾文

Credit: Delabrouille, J. et al.Astron.Astrophys. 553 (2013) A96

宇宙微波背景輻射驗證368±2公里/秒

如果不考慮地球的運動,我們發(fā)現(xiàn)太陽相對宇宙微波背景的速度是368±2公里/秒,而包括銀河系、仙女座星系和三角座星系等在內(nèi)的本星系群是627±22公里/秒?,F(xiàn)在最難準(zhǔn)確測量和測算的是太陽在銀河系中的位置和運動方向。

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致密區(qū)域和空洞區(qū)域?qū)︺y河系的作用

Credit: Yehuda Ho man, Daniel Pomarède, R. Brent Tully, and Hélène Courtois, Nature Astronomy 1, 0036 (2017)

選取宇宙大框架參考系很難,但是宇宙微波背景輻射卻是很好的參照物,它同時和宇宙膨脹率一致。參照它,我們可以看到我們的太陽運動速度是368公里/秒,我們的本星系群運動速度是627公里/秒。通過這些研究,我們越來越了解宇宙復(fù)雜高速的內(nèi)部運動!

作者:Ethan Siegel

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