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如果你看过国际空间站上宇航员的视频，你一定知道失重是什么样子的，宇航员只要从墙上轻轻弹起，他们就会自由地漂浮，没有上下的概念。 你可能经常听到物理学家和宇航员说太空中没有“上升或下降”，但这到底是什么意思呢？在太空中主要方向还适用吗？ 如果你没有“下”或“上”，还会有“右左”和“东西南北”吗？或者说他们要如何表达高度和方向呢？ 我们每年都会在太阳系中发射价值几十亿的卫星和航天飞机，甚至提前数年向其他行星发射卫星，并与时速十几万公里的行星完美相遇，很明显，我们已经搞清楚了“天文导航”。 太空从哪里开始? 高度、基本方向和上下的概念肯定存在于地球上，所以在我们了解它们是否存在于太空中之前，我们需要了解 “地球”在哪里结束（哪里开始不属于地球了），或 “太空”在哪里开始。 国际法规定，“太空”可以自由使用和探索，不属于任何主权国家，类似于地球上的“公海”，但是没有一项国际法明确规定太空从何处开始。 位于地球海平面以上100公里（62英里）处，有一条假想的线——卡门线，这里被广泛认为是地球大气和太空之间的分界线，也经常被用来衡量是否已实现太空飞行。 现在，科学家们已经研究了地球上相对平静的大气和外层空间强烈的太阳风之间的交接点，并认为这个位置应该在地球表面以上117公里（73英里）处。 在地球上，我们通常用“米”来计算高度，一旦进入航空和太空旅行，我们一般用“公里”来测量离地球表面的距离（欧美喜欢用英里）。 例如，国际空间站的轨道距离地球大约400公里左右，散逸层始于800公里左右，也有卫星在更远的地方围绕着地球运行。 距离地球最远的卫星之一是俄罗斯的一颗无线电卫星，其轨道高度距离地球表面约33万公里，我们的月球距离地球36.3-40.5万公里的轨道上运行。 你可能发现了，当数字越来越时时，我表达高度已经简单地描述为距离了。 地球的引力范围大约在海平面以上100万公里左右，这意味着在这个距离之外，太阳系的主引力（太阳）将成为主导，物体将开始向太阳下落或以太阳为中心运行。 这个时候，“高度”将从地球表面以上的距离转换到太阳表面以上的距离，这种基于万有引力的参照系变化对于理解外层空间的其他方向也很重要！ 关于参照系 我们的脚牢牢地踩在地上，由于地心引力，我们知道“下”在我们的脚下，“上”在我们的头上。以我们自己身体为参照点，我们就可以把物体表示为在其他物体的左边或右边，而地球的两级为我们提供南北。正因为这些参照系，地球上的所有基本方向都很明确。 上面和下面都是与观察者相关的主观感受，虽然这在地球上是可行的，但不可能在失重的太空中也成立。 太空中的一切基本上都在绕着其他的天体转，宇航员和国际空间站围绕着地球转，由于重力的作用它们本来应该下落，但是由于速度足够快，它们将永远地运动下去。 月球也是这养围绕着我们数十亿年时间的，而地球则绕着太阳转，太阳和我们整个太阳系绕着银河系的中心做着同样的事情，银河系则被我们星系团中心所吸引，以此类推。 宇宙中的方向 我们在上面所描述的基本上是参照系，这些参照系是用来确定自己相对于其他物体的方位，虽然这在地球上很容易，但在太空中就比较困难了，因为重力无法定义。 根据你在太空中的视角，“下”就是引力影响你的那个天体方向，“前进”就是你动量的方向。而左、右的使用很大程度上基于个人视角，并且是相对于观察者的，而不是重力。 例如，在国际空间站上使用的一个常见的参考框架是+/- XYZ轴，用来表示前后和上下。以空间站为中心，+X表示朝向空间站“前进”的方向，而+Z表示朝向地球的方向。 然而，类似于在宇宙空间中讨论高度的方式，这些参照系也会根据你在太阳系中的位置而改变。 例如，当宇宙飞船接近火星时，坐标和距离必须切换到火星参考系，而不是地球参考系。 当我们远离系内行星，远离我们的太阳系和邻居，参照系的尺度不断增加，从相对于太阳的方向一直延伸到相对于我们整个银河系的重心方向！ 最后 在很大程度上，人类对太空的探索仍然只在家门口，大约有5000颗卫星在绕着地球运行，而逃离地球的卫星屈指可数。 地球的引力把它们都保持在地球的参照系中，在我们的行星的影响范围之外，参照的框架必须相应地根据引力优势或物理上的接近而改变，这将重新定义方向和方向。 换句话说，宇宙的数学永远不会改变，但观点永远在变化！
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