Question

地球在宇宙中移动的速度到底有多快？

Answer 1

欧空局确认：明日(UAH)和谢尔盖·梅尼尔（Serge Meunier）称，一个星系超速通过星系间介质。(图像源自：美国宇航局。)

有很大可能，当你现在读到这里的时候，或许你正坐下来，并且认为你是静止的。但我们也都知道—在宇宙层面来说—我们终究不是静止的。举例来说，地球绕着它的轴线自转，正以接近1700公里/小时的速度在赤道上的某个人身上飞过太空。

如果我们反过来观察它每秒移动的速度，这也并不是那么快。地球在其轴线上旋转促使我们的速度只有0.5公里/秒，并且当你将它与我们移动的所有其它方式进行比较时，它在我们的雷达上的显示几乎连一个亮点都不是。地球，你看到的，就像我们的太阳系中的所有行星一样，它在以更快速度绕着太阳运行。为了使我们保持稳定的轨道，我们需要以大约30公里/秒的速度移动。内行星—水星和金星—移动速度更快，然而像火星（和更远的）外世界的移动速度比这更慢。这在遥远的过去是真实的，在遥远的将来也将继续是真实的。

但是实际上甚至连太阳本身都不是静止的。我们的银河系是巨大而又广阔的，并且最重要的是，它本身是运动的。所有的星星，行星，气体云，灰尘颗粒，黑洞，暗物质和更多的—包含在里面的所有东西—都绕着它移动。物质和能量的每一个粒子都参与贡献并受它静引力的影响。

红外中的实际银河系。

(图像源自：J.Carpenter，M.Skrutskie，R.Hurt，2MASS项目，NSF，美国宇航局，)

从我们的优势来看，太阳距离银河中心约25000光年，太阳以椭圆轨道速度旋转，大约每2.20-2.5亿年进行一次完整的革命。据估计，太阳的速度在每秒200-220公里左右，这是相当大的数字，不仅比我们地球的转速要大，而且也比所有绕太阳旋转的行星速度大。不过，我们仍可以把所有这些运动结合起来，然后找出我们我们在星系中的运动是什么。

但是我们的星系本身是静止的吗？当然不是！在太空中，你可以看到，任何其它质量（和能量）的物体都有引力可以与之抗衡，引力会使周围的任何质量加速。只要给我们的宇宙足够的时间——我们已经有了138亿年时间——最后一切事物都将朝着最大引力的方向移动，漂移和流动。 这就是我们如何从一个基本上是均匀的宇宙变为了一个相对较短顺序的笨重、聚集、星系丰富的宇宙。

这就是发生在不断扩大的宇宙中，宇宙结构形成的故事。如此以来，在我们附近又是什么意思？ 这意味着我们的银河系正被我们附近所有其他星系、星系团和星系团所吸引。 这意味着周围最接近的、最大的物体将是支配我们运动的物体，并且它们在整个宇宙 历史 上都有。 同时也意味着，由于这种引力，不仅是我们的星系，而且连带所有附近的星系都将经历一次“总体流动”。 这已经被映射到有史以来最大的精度，并且我们也得以通过空间去不断接近和理解我们的宇宙运动。

图源自：地方宇宙的宇宙学——库尔图瓦，海伦M.等。

但在我们完全理解宇宙中影响我们的任何事情之前，还有很多需要探究，包括：

·宇宙诞生的全部初始条件，

·每个个体的质量是如何随着时间的推移而移动和进化的，

·银河系和所有相关的星系、群和星系团是如何形成的，以及在宇宙 历史 的每一个时刻都发生了什么，

我们不能真正理解我们的宇宙运动。 至少，没有弄懂以上问题之前，是没有一种方法的。

图像源自：美国宇航局和威尔金森微波各向异性探测器 科学团队。

你看，无论我们在太空中看到什么， 我们都会看到：从大爆炸遗留下来的2.725K辐射背景。 在不同的地区有微小的缺陷——大约只有一百微克尔文——但我们所看到的每一个地方（除了我们看不到的星系被污染的平面），我们都观察到同样的温度：2.725开尔文。

这是因为138亿年前，宇宙大爆炸同时在太空中到处发生，从那时起，宇宙就一直在膨胀和冷却。

图像源自：美国航天局、欧空局和A.费尔德(STSC I)

这意味着，在我们观察空间的所有方向上，我们都应该看到第一次形成中性原子的相同的“剩余辐射”。 在那之前，大约38万年后的大爆炸，它太热以至于无法形成它们，因为光子碰撞会立即让它们爆炸，电离它们的组成成分。 但随着宇宙的扩展和光的红移（和能量的失去），它才最终冷却以足够可以形成这些原子。

图像源自：阿曼达·约豪。在发射地核之前电离等离子体(L)，然后过渡到对光子透明的中性宇宙(R)。

当这种情况发生时，这些光子就会不受阻碍地沿着一条直线行进，直到它们最终遇到一些东西。 今天还剩下那么多——每立方厘米就有400多个——我们可以很容易地测量它：即使你的电视机上有触角的旧“兔子耳朵”也能拿起宇宙微波背景。 在通道3上大约1%的“雪”是从大爆炸中剩余的辉光。 除了那些微高尔文的缺陷，在各个方向上它应该是一致的。

但问题是，无论我们从哪里看，我们实际上都没有看到一个完全均匀的2.725开尔文背景。 从天空的一个区域到另一个区域有一些细微的差异，它们实际上是非常光滑的。 一个“侧面”看起来更热，一个“侧面”看起来更冷。

图像源自：发射前普朗克天空模型：亚毫米至厘米波长的天空发射模型-德拉布鲁耶，J.等人，天文学，天体物理学家。

它实际上也是公平的：“最热”的一面大约是2.728开尔文，而“最冷”的一面大约是2.722开尔文。 这是一个比所有其他波动大几乎100倍的波动，所以最初它可能让你困惑。 为什么这种规模的波动比所有其他规模都要大。

当然，答案是，这不是地核的波动。

知道还有什么能导致光——而微波背景只是光——在一个方向上更热（或更有能量），而在另一个方向上更冷(或更少能量）吗？运动 。

光波在运动方向上被压缩（蓝移)，相对于方向拉伸(红移)运动。

图像源自：维基百科用户TXAlien.

当你向光源移动（或者一个光源向你移动)时），光线会被蓝调到更高的能量；当你远离光源(或者一个光源移动远离你）时，它会变红朝向较低的能量。

地核的情况不是天生一方就比另一方精力充沛，而是我们正在穿越太空。从大爆炸的余光中的这种效应，我们可以发现太阳系以368±2公里/秒的速度相对于地核移动，当你抛出本地组的运动时，你会得到它的全部——太阳，银河系，仙女座和所有其他——移动在627±22公里/秒相对于地核。 顺便说一句，这种不确定性主要是由于太阳围绕银河中心运动的不确定性，这是最难测量的成分。

也许没有一个通用的参考框架，但有一个有用的参考框架来衡量：地核的其余框架，也与宇宙的哈勃扩张的其余框架相吻合。 我们所看到的每一个星系都有我们所说的几百到几千公里/秒的“特殊速度”（或哈勃扩张时的速度），而我们自己所看到的完全符合这一点。 我们太阳的特殊运动是368千米/秒，而我们当地团体是627千米/秒，与我们如何理解所有星系在太空中的运动完全吻合。

多亏了大爆炸留下的余光，我们不仅发现我们在宇宙中不是一个特殊的、特权的地方，而且发现在共同的宇宙过去我们也甚至不能在我们的终极事件中静止不动。 我们在运动，就像我们周围的一切一样。

作者: Ethan Siegel

FY: Bluesweet

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