你不了解的地球速度——除了公转和自转
图片来自：美国国家航空航天局(NASA)，欧空局确认：孙明(UAH)和塞尔日·穆尼耶(Serge Meunier)，一个星系在星际介质中快速穿行。
你现在最有可能的是坐着阅读这篇文章，感觉自己是静止的。然而，我们大家都知道毕竟在宇宙水平上来说我们并不是静止不动的。首先，地球绕着它的轴旋转，对赤道上的人来说，它以近1700公里/小时的速度在太空中飞驰。如果我们换成以每秒公里为单位来考虑的话，这并不是真的那么快。地球绕其轴心旋转的速度只有0.5公里/秒，与我们所有其他运动方式相比，几乎没有多大的区别。你看，地球就像我们太阳系里的所有行星一样，绕太阳公转的速度要快得多。为了让我们保持在稳定的轨道上，我们应该以大约30公里/秒的速度移动。内行星—水星和金星会移动得更快，而像火星这样的离太阳更远的行星移动得更慢。这在遥远的过去是正确的，在遥远的未来也将是正确的。
图片来自：NASA/JPL。
但即使是太阳本身也不是静止的。我们的银河系是庞大的，并且质量巨大的，最重要的是，它本身也在运动。所有的恒星、行星、气体云、尘埃颗粒、黑洞、暗物质等等--其中包含的一切--都在它的内部移动。物质和能量的每一个粒子都对其净重力有贡献，并受到其净重力的影响。
图片来自：J.卡盆特，M. 斯库茨基，R.赫特，2级重大项目，NSF，NASA，红外线拍摄的真实银河系。
从我们的有利位置来看，我们距离银河系中心约25，000光年，太阳绕着椭圆形轨道旋转，大约每隔2.2亿-2.5亿年完成一次完整的公转。据估计，我们的太阳在这次旅行中的速度约为200-220公里/秒，这不仅与我们地球的自转速度相比，而且与所有行星围绕太阳的公转速度相比，都是一个相当大的数字。然而，我们大家可以把所有的这些运动放在一起，找出我们在银河系中的运动是什么。
但是我们的星系本身是静止的吗？当然不会！在太空中，你看，有其他所有质量(和能量)的物体的引力需要与之抗衡，而引力会导致周围的任何质量的物体加速。如果给宇宙有足够的时间，已经给了有大约138亿年的 时间 ，所有的东西都会朝着最大引力的方向移动、漂移和流动。这是我们如何用相对较短的时间把一个基本一致均匀的宇宙变成一个块状的、聚集的、富含星系的宇宙。
这就是发生在膨胀的宇宙中结构形成的宇宙故事。那在我们附近是啥意思呢？这在某种程度上预示着我们的银河系正在被我们附近的所有其他星系、星系群和星系团所牵引。这在某种程度上预示着周围距离最近、质量最大的物体将是那些主导我们运动的物体，它们在整个宇宙历史上都是如此。这在某种程度上预示着不只是我们的星系，而是所有附近的星系都将在这种引力的作用下经历一次“大块流动”。这张地图被绘制成了有史以来最精确的地图，我们正在不断地接近并且理解我们在太空中的宇宙运动。
图片来自：地方宇宙的宇宙学/宇宙流动项目 -库尔图瓦，海琳M.等人。中国宇航科学院学报146(2013)69arxiv：1306.0091[天文地球物理]。
但在我们完全理解宇宙影响我们的一切之前，包括：
1宇宙诞生的一整套初始条件，
2每个单独的物质是如何跟着时间的推移而移动和演化的，
3银河系和所有相关的星系、星系群和星系团是如何形成的，以及
4它是如何在宇宙历史上的每一个点上一直到现在发生的，
我们将无法真正理解我们的宇宙运动。至少，没有这些就不行。
图片来自：NASA/WMAP科学团队。
你看，我们在太空中看到的每一个地方，都是这样：大爆炸留下的2.725K辐射背景。在不同的区域都有微小的缺陷，大约只有100微开尔文左右，但是我们所看到的每一个地方（除了我们看不见的银河系的污染面），我们都观察到同样的温度：2.725 K。
这是因为宇宙大爆炸发生在138亿年前的太空中，宇宙一直在膨胀和冷却。
图片来自：NASA、ESA和A.Feild（STScI）。
这在某种程度上预示着，在我们观察太空的各个方向上，我们该看到同样的“剩余辐射”，中性原子第一次出现就是在那里形成的。在此之前，也就是大爆炸大约38万年后，天气太热因此无法形成它们，因为光子碰撞会立即将它们炸开并且电离它们的组成部分。但随着宇宙的膨胀和光线的红移(以及能量的损失)，它最后变得足够冷，最终形成了这些原子。
图片来自：阿曼达·约霍，在宇宙微波背景辐射被发射之前的电离等离子体（L），然后过渡到对光子透明的中性宇宙（R）。
当它发生的时候，这些光子不受阻碍地沿着直线传播，直到它们最终撞上啥东西。如今， 它们中有太多只剩下了每立方厘米 只有400多一点，我们大家可以很容易地测量到它：即使是你电视机上带天线的旧“兔耳”也能接收到宇宙微波背景。在第三频道的“雪”中，大约有1%是宇宙大爆炸遗留下来的光芒。除了那些微开尔文的缺陷外，它在各个方向上都应该是均匀的。
但问题是，我们实际上并没有在任何地方看到完全一致的2.725 K背景。从天空的一个区域到另一个区域有微小的差异，其实就是非常非常平滑的。一个“面”看起来更热，而另一个“面”看起来更冷。
图片来自：发射前的普朗克天空模型：一个亚毫米到厘米波长的天空发射模型。
它实际上也是相当大的：“最热的”一侧大约是2.728 K，而“最冷的”一侧大约是2.722 K，这几乎是所有其他的波动的100倍，所以它一开始可能会让你迷惑不解。为什么这个规模的波动会比所有其他规模的波动那么大呢？
答案当然是，这不是宇宙微波背景辐射的波动。
知道还有什么会导致光 - 和微波背景光 - 在一个方向更热(或更有能量)，而在另一个方向更冷(或更少能量)吗？移动。
图片来自：维基公共资源用户Tx艾琳，拥有c.c.a.-s.a.-3.0许可证。光波在运动方向上被压缩（蓝移），与运动方向相反被拉伸（红移）。
当你向一个光源移动（或者一个人向你移动）时，光线会向更高的能量转移；当你离开一个光源（或者一个人离开你）时，光线会向更低的能量转移。 宇宙微波背景辐射发生的事情并不是一边天生比另一边更有活力，而是我们在太空中移动。从大爆炸余辉中的这个效应，我们大家可以发现太阳系相对于CMB以368±2公里/秒的速度移动，当你加入当地星系群的运动时，你会发现所有的太阳、银河、仙女座和其他星系相对于宇宙微波背景辐射以627±22公里/秒的速度移动。顺便说一句，这种不确定性主要是由于太阳绕银河系中心运动的不确定性，而银河系中心是最难测量的部分。
图片来自：海琳·M·库尔图斯，丹尼尔·波马雷，R·布伦特·杜利，耶胡达·霍夫曼，丹尼斯·库尔图斯
可能没有一个通用的参照系，但有一个参照系可拿来测量：宇宙微波背景辐射的静止坐标系，这也与宇宙哈勃展开的静止坐标系相吻合。我们正真看到的每个星系都有我们所说的几百到几千公里/秒的“特殊速度”(或哈勃膨胀顶端的速度)，而我们自己看到的与此完全一致。我们太阳的特殊运动速度为368公里/秒，而我们当地的运动速度为627公里/秒，这与我们对所有星系都在太空中运动的理解完全一致。
多亏了大爆炸留下的余辉，我们不但可以发现我们在宇宙中不是一个特殊的、享有特权的地方，而且对我们共同的宇宙过去的重大事件，我们甚至都没有静止不动。我们在运动，就像我们周围的一切一样。
作者: Ethan Siegel Senior Contributor
FY: 且待少年归
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