如果問，地球的上方和下方有什么？相信大家都是一臉懵，好像在我們的印象里，地球是圍繞太陽運(yùn)動，月球是圍繞地球運(yùn)動，它們似乎都在一個平面上。至于地球的“上方”和“下方”是什么地方，大家也并不知道。參與過太空行走的宇航員都會下意識地看一眼地球的上方和下方，黑漆漆的一片，似乎什么都沒有發(fā)生。

而且在宇航員的眼里，地球是飄浮在太空中的，感覺隨時都可能掉下去一樣。那么地球為何會飄在宇宙中？它會不會真有一天掉下去呢？

太空行走

太空行走是航天技術(shù)發(fā)展的重要一步，如果想要建立空間站，那么太空行走就是關(guān)鍵，因為涉及到了設(shè)備維修、檢查，這些任務(wù)不可能百分之百在艙內(nèi)完成，宇航員必須要出艙。人類歷史上的第一次太空行走，由蘇聯(lián)宇航員完成，他身著當(dāng)時的臍帶宇航服，在太空行走了12分鐘。從他之后，宇航員人類不停地刷新太空行走的各種記錄。

2021年11月7日，翟志剛和王亞平來到神舟十三號的太空艙外，進(jìn)行太空行走。這是王亞平的第一次太空行走，翟志剛則淡定得多，因為這已經(jīng)不是他第一次出艙活動。早在2008年，翟志剛就第一次代表中國實現(xiàn)太空行走。當(dāng)年神舟七號執(zhí)行任務(wù)的時候，翟志剛遇到了很多困難，首先是艙門打不開，隨后又發(fā)出了各種警報，經(jīng)過不懈的努力，最終成功打開艙門。

作為第一個近距離接觸宇宙的人，翟志剛則表示，在地面上的時候地球是最堅實的依靠，但是在太空中看起來，地球特別不安全，整個飄飛在太空中，生怕它飄跑了。其實不僅翟志剛這樣說，參與過太空行走的宇航員都會被這個場面震撼到，一顆蔚藍(lán)色的星球，懸浮在黑色的宇宙中，看起來非常不真實，但那確確實實是我們的地球。沒有任何支撐，地球是如何飄的？它不會落下嗎？

重力

我們知道，地球上的所有物體都會落下，這是因為地球有重力。其實不單單是地球，任何星球都有重力，只不過重力加速度不一樣。在地球上，無論站在什么位置，物體所受到的重力都是指向地球中心的，即使人站在南極，她有一頭飄逸的長發(fā)，也不會有長發(fā)飄到頭頂上方的事情發(fā)生。

地球的重力是它的引力在地球表面的表現(xiàn)形式。地球的質(zhì)量大約5.965×102?kg，根據(jù)萬有引力公式，我們可以計算出人與地球之間的引力。進(jìn)而有算出重力加速度。人的質(zhì)量很小可以忽略不計，但是地球的質(zhì)量太大了，根本就忽視不掉，因此人不依靠外力是無論如何都跑不出地球的，就像孫悟空逃不出如來的手掌。

其實何止是人類，月亮的質(zhì)量有7.342?1022 ^22kg，這么重的質(zhì)量，依然得乖乖繞著地球旋轉(zhuǎn)，可見地球的引力有多么巨大。在地球上完全只依靠重力實現(xiàn)的運(yùn)動叫做自由落體，在完成自由落體的時候，物體的重力加速度為g，大約為9.8m/s2。那么地球在宇宙中有重力嗎？答案是沒有。

自由落體運(yùn)動

地球身處宇宙之中，宇宙沒有所謂的重力，它時刻都是失重狀態(tài)，你看翟志剛和王亞平和地球一樣，都是飄在太空中的，唯一不同的是，如果他們兩個掙脫了神舟十三號的保險繩飄向太空，他們很有可能會被地球吸回來。地球在太空中只會受到萬有引力的吸引。

萬有引力

萬有引力是力學(xué)之父牛頓的經(jīng)典理論，因為被一個蘋果砸中腦袋而得到，一時間傳為佳話。它不僅存在于天體之間，還存在于任何兩個物體之間，公式為F=Gm1m2/r2。其中G是萬有引力常量，也就是說，萬有引力的常量是不會變的，影響萬有引力的因素完全在于兩個物體的質(zhì)量和兩者的距離。

萬有引力的誕生，是人類科學(xué)上的一次重要進(jìn)步，人類的宏觀第一次可以超越地球。根據(jù)萬有引力可以計算出一些天體的質(zhì)量。我們現(xiàn)在使用的太陽系各大星體的數(shù)據(jù)，在人類沒有發(fā)射衛(wèi)星之前就已經(jīng)算出來了，隨后在航天探測器的幫助下，將數(shù)據(jù)進(jìn)行更精確的修正。早期的天文學(xué)家利用萬有引力發(fā)現(xiàn)了哈雷彗星，以及還有被當(dāng)成第九顆行星的冥王星。

前面說過，地球處在失重的宇宙中，沒有重力，但地球受到太陽的引力，圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)。此外，地球與其他星體之間也存在作用力，只不過，這個力比起太陽與地球產(chǎn)生的萬有引力來說不值得一提。因此，這些力量并不會讓地球離開太陽的懷抱，只是會讓地球的軌跡發(fā)生一定的偏移。地球圍繞太陽運(yùn)行的軌跡并不是一個標(biāo)準(zhǔn)的圓，而是一個橢圓。

太陽的質(zhì)量實在太大，占據(jù)整個體系的99%，所以太陽系的幾乎所有的星體都不可能在沒有外力的情況下逃出太陽系，就如地球上的物體沒有外力是不可能逃離地球一樣。我們可以根據(jù)萬有引力，推導(dǎo)出三大宇宙速度。

三大宇宙速度

發(fā)射人造衛(wèi)星的時候，發(fā)射速度必須要大于第一宇宙速度7.9千米/秒，才能將衛(wèi)星成功送入地球的軌道。而在圍繞地球進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動的時候，速度又不能大于這個值，否則進(jìn)行的就不是軌道為圓形的勻速運(yùn)動，而是橢圓形軌道的圍繞運(yùn)動。

當(dāng)航天器想要逃脫地球的引力，飛向別的太陽系星體時，需要滿足第二宇宙速度，最小速度不低于11.2千米/秒，才能從地球的引力中逃走，因此又稱逃逸速度。不過也有例外，那就是飛向月球的時候，不用達(dá)到這個速度。

因為月球是地球的天然衛(wèi)星，它還處于地球的引力范圍內(nèi)，根據(jù)阿波羅計劃的計算，去往月球只需要達(dá)到10.8千米/秒的速度即可。

我們將離太陽無窮遠(yuǎn)的地方的勢能假設(shè)為零，經(jīng)過計算，這個速度就是飛離太陽所需的臨界速度，也是需要達(dá)到的最小速度，叫做宇宙第三速度，大小為16.7米/秒。這其中并沒有考慮其他行星的影響，如果真的要飛離太陽系，實際的速度要比第三宇宙速度大。

目前人類已經(jīng)實現(xiàn)了人造衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)、登陸月球、在另外三個巖石星球上放置探測車、發(fā)射圍繞木星、土星、天王星和海王星的探測器，還發(fā)射了探索太陽系邊界的旅行者1號和2號等等。

宇宙中已經(jīng)有數(shù)不清的探測器漂浮著，它們同地球一樣，沒有落下去，而是漫無目的地在太空中流浪，它們中的大多數(shù)圍繞著地球運(yùn)轉(zhuǎn)。三大宇宙速度人類的飛行器都達(dá)到過速度值，只是人類并沒有實現(xiàn)飛躍太陽系。

運(yùn)動的宇宙

地球雖然不會在宇宙中進(jìn)行自由落體運(yùn)動，可并不代表，地球不會向下運(yùn)動。在宇宙中，地球的位置時刻都在發(fā)生變化，很有可能下一秒它就運(yùn)動到了之前位置的下方。許多人都認(rèn)為，地球只是單純地圍繞太陽做平面運(yùn)動，其實不然，地球甚至整個太陽系，甚至太陽系所在的銀河系，每時每刻都在運(yùn)動。可以這樣說，宇宙中就沒有靜止的物體。

宇宙的直徑是960億光年，地球乃至整個太陽系對它來說，是小得不能再小的存在。在宇宙中，引力比太陽大的星體比比皆是，太陽雖然在太陽系是絕對的主宰，但是放在宇宙，它就是弟弟般的存在，大哥到處都是。

太陽本身也有公轉(zhuǎn)，天文學(xué)家預(yù)計，在太陽所處的銀河系中心，有一個巨大的黑洞，它帶領(lǐng)著太陽以及其他恒星系運(yùn)動，地球作為太陽系的一部分，也自然而然地跟隨太陽改變位置。

但銀河系并不是宇宙中最大的天體單位，銀河自身也會運(yùn)動，因此地球又會因為銀河系的位置改變而改變。所以，如果時間足夠，地球也許在運(yùn)動過程中到達(dá)過宇宙的很多角落。地球不會落下去，但地球會向下運(yùn)動。那為何我們的宇航員在太空中看不到地球位置的改變呢？

觀察運(yùn)動需要找參照物，可我們身處在太陽系中，整個太陽系的星體成為了一個整體，每個成員之間的位置相對來說沒有任何變化，想要知道位置改變，需要尋找太陽系以外的星體作為參照。但是宇宙太大了，人類無法給宇宙的區(qū)域具體劃分區(qū)間，加上宇宙一片漆黑，我們無法觀測到自己的位置，更不知道別的星球到底運(yùn)動到哪里了。宇宙是由原子構(gòu)成的，因此它是原子宏觀的表現(xiàn)，我們可以觀察原子內(nèi)部就可以推斷宇宙。

在原子中，電子圍繞原子核運(yùn)動，每時每刻位置都在改變，我們只能根據(jù)電子出現(xiàn)在各個位置的概率，假設(shè)出它的軌道。因此我們將宇宙看成一個巨大的原子，里面的天體是電子，它們圍繞宇宙的一個中心運(yùn)動，位置時刻在變化，也就是說，這些天體的軌跡只是它們出現(xiàn)概率的集合，并不是一個實際的軌道。

我們是否可以認(rèn)為，地球圍繞太陽的軌道，也只是地球出現(xiàn)在太陽系內(nèi)的概率集合，我們認(rèn)為的軌道可能實際上并不是地球的運(yùn)動軌跡。

渺小的人類

地球?qū)τ谌祟悂碚f，非常重要，人類無法完全做到離開地球生活。即使是在空間站上的宇航員，他們執(zhí)行任務(wù)的時間也不能太長，況且，空間站利用的就是地球的引力來圍繞地球運(yùn)動，如果不依靠地球，它必須時刻輸出能量。可以說地球在人類面前無所不能，人類在地球面前非常渺小。

而對于宇宙來說，地球只不過是一個平常的天體，即使哪一天地球爆炸了，對于宇宙來說也不過是多了一朵星云，這種平平無奇的事情。宇宙的年齡超過了140億年，地球不過才46億年而已，而人類的歷史更短，才200多萬年。這個時間放在宇宙里，可能就是某個恒星閃一下。然而，這么渺小的人類進(jìn)入了宇宙，難道不是一件很偉大的事情嗎？