既然空間存在於各個方向，那麼地球下面是什麼？

本文最初發表於 對話。 該出版物為 Space.com 上的文章做出了貢獻 專家之聲：專欄與見解。

如果你見過太陽系的插圖或模型你可能已經註意到所有行星都在旋轉太陽或多或少在同一平面上，朝同一方向行駛。

哪條路是“下”？

地球引力這與人們認為什麼是向上和什麼是向下有很大關係。物體落向地面，但那個方向取決於你所在的位置。

想像一下您站在北美的某個地方，手指朝下。如果將一條線從指尖延伸到底部地球該線將指向某人“向上”的方向在南印度洋的一艘船上。

從更大的角度來看，“下”可以定義為太陽系平面以下，即太陽系平面以下黃道。按照慣例，我們說平面上方是行星逆時針旋轉圍繞太陽運行，從下方看，按順時針方向運行。

相對於黃道的向下方向有什麼特別之處嗎？為了回答這個問題，我們需要進一步放大。我們的太陽係以太陽為中心，太陽只是其中之一約1000億顆恆星在我們的銀河系中，銀河系。

這些恆星中的每一個，以及它們相關的行星，都是繞銀河系中心運行就像行星繞恆星運行一樣，但時間尺度要長得多。正如我們太陽系中的行星並不是隨機軌道一樣，銀河系中的恆星也圍繞銀河系中心附近的一個平面運行，該平面稱為銀河平面。

這個平面的方向與我們太陽系的黃道不同。實際上，兩個平面之間的角度大約是60度。

退一步來說，銀河係是眾所周知的星系群的一部分本地組而且 – 你可以看到這是怎麼回事 – 這些星系大多落在另一個平面內，稱為超星系平面。超銀河面幾乎垂直於銀河面，兩個平面之間的角度約為84.5度。

這些物體最終如何在接近同一平面的路徑上行進，這首先與它們最初的形成方式有關。

哈勃太空望遠鏡拍攝的 NGC 4217 星系的側視圖顯示了所有恆星及其行星系統如何位於一個平面上。（圖片來源：ESA/Hubble & Nasa；來源：R. Schoif）

最終構成太陽和太陽系行星的物質最初是一種廣泛而巨大的氣體和塵埃雲，稱為太陽星雲。太陽星雲內的每個粒子都有一個很小的質量。因為每一個質量施加引力這些粒子相互吸引，儘管很弱。

太陽星雲中的粒子開始非常緩慢地移動。但在很長一段時間裡，這些粒子由於重力而感受到的相互吸引力造成了雲開始向內收縮，收縮。

太陽星雲也會有非常輕微的整體旋轉，這可能是由於一顆經過的恆星的引力造成的。當云層塌陷時，這種旋轉的速度會增加，就像溜冰者將手臂拉向身體時旋轉得越來越快一樣。

隨著雲層繼續收縮，單個粒子靠得更近，並且由於重力和粒子之間的碰撞而產生越來越多的影響其運動的相互作用。這些相互交流導致軌道上偏離云總體旋轉方向的單個粒子重新調整其軌道。

例如，如果穿過軌道平面下降的粒子與來自該平面的粒子發生碰撞，則相互作用將傾向於抵消垂直運動，並且重新調整它們的軌道在飛機上。

最終，曾經的無定形粒子云塌陷成一團盤狀。然後相似軌道上的粒子開始聚集在一起最終形成了太陽和今天繞太陽運行的所有行星。

在更大的尺度上，類似類型的相互作用可能最終將組成銀河系的大多數恆星限制在銀道面，而將組成本星系群的大多數星系限制在超銀道面。

黃道面、銀河面和超銀河面的方向都返回到它們形成的雲的初始隨機旋轉方向。

太陽係為什麼是平的？ – Youtube

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因此，我們定義的相對於地球“向下”的方向沒有什麼特別之處，除了在該方向上太陽周圍沒有太多東西這一事實之外。

如果你朝這個方向走得足夠遠，你最終會發現其他恆星的行星系統以完全不同的方向運行。如果你走得更遠，你可能會遇到其他有自己的旋轉平面的星系。

這個問題突出了我最喜歡的天文學方面之一：它讓一切都變得正確。如果你問路上的一百個人：“哪條路是向下的？”他們每個人都會指向同一個方向。但想像一下你問了這個問題地球各地的人們或者其他行星系統甚至其他星系中的智慧生命形式。他們都會走向不同的方向。