如何证明地球围绕太阳运转

如何证明地球围绕太阳运转

如果宇宙中只有地球和太阳，那就真没法说是谁围着谁转了。但是情况不是这样的，太阳系内还有行星、小行星、彗星等天体，考虑所有这些天体之后，人们发现——地球围绕太阳转是最好的解释。
然后我们根据这一解释制造出了人造卫星和宇宙飞船，从此我们就可以从地球以外来看太阳和地球了，我们的飞行器已经拜访了太阳系内很多行星小行星和彗星，目前最远的几个已经快飞出太阳系了。
一个很好的地球以外看太阳的视角是美国2006年发射的一对小卫星，这对英文名叫做STEREO（你可以搜索到它）的小卫星是围绕太阳转的。假设张三站在你面前代表太阳，你是地球，现在你慢慢向两边伸出双臂，这两颗小卫星就像你的两只手，在你的一左一右环绕着张三（太阳），离地球越来越远向太阳后面包围去。
以上这些怎么用太阳绕地球转来解释呢，就算解释的通，能够让卫星上天吗？这理论又会变成多么复杂？
如果有人说存在一种外星生物，但我们永远也无法探测到他们（注意是永远）。相应的另一种说法是“这种外星生物根本不存在”，你觉得哪种更好？ 
下图STEREO目前的位置，黄点是太阳，绿点是地球，红和蓝的是STEREO的两颗卫星。

几百年前，人们就提出了很多证明地球自转的方法，著名的“傅科摆”使我们真正看到了地球的自转，但是，地球为什么会绕轴自转？为什么会绕太阳公转呢？这是一个多年来一直令科学家十分感兴趣的问题，粗略看来，旋转是宇宙间诸天体一种基本的运动形式，但要真正回答这个问题，还必须首先搞清楚地球和太阳系是怎么形成的。地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。 现代天文学理论认为，太阳系是由所谓的原始星云形成的，原始星云是一大片十分稀薄的气体云，50亿年前受某种扰动影响，在引力的作用下向中心收缩。经过漫长时期的演化，中心部分物质的密度越来越大，温度也越来越高，终于达到可以引发热核反应的程度，而演变成了太阳。在太阳周围的残余气体则逐渐形成一个旋转的盘状气体层，经过收缩、碰撞、捕获、积聚等过程，在气体层中逐步聚集成固体颗粒、微行星、原始行星，最后形成一个个独立的大行星和小行星等太阳系天体。 我们知道，要测量一个直线运动的物体运动快慢，可以用速度来表示，那么物体的旋转状况又用什么来衡量呢？一种办法就是用“角动量”。对于一个绕定点转动的物体而言，它的角动量等于质量乘以速度，再乘以该物体与定点的距离。物理学上有一条很重要的角动量守恒定律，它是说，一个转动物体。如果不受外力矩作用，它的角动量就不会因物体形状的变化而变化。例如一个芭蕾舞演员，当他在旋转过程中突然把手臂收起来的时候（质心与定点的距离变小），他的旋转速度就会加快，因为只有这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中起着重要作用。 形成太阳系的原始星云原来就带有角动量，在形成太阳和行星系统之后，它的角动量不会损失，但必然发生重新分布，各个星体在漫长的积聚物质的过程中分别从原始星云中得到了一定的角动量。由于角动量守恒，各行星在收缩过程中转速也将越来越快。地球也不例外，它所获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转，地月系统的相互绕转和地球的自转中，这就是地球自转的由来，但要真正分析地球和其他各大行星的公转运动和自转运动还需要科学家们做大量的研究工作。 这就是说，在地球的形成过程中，运动——尤其指旋转，自始至终伴随着地球的形成过程而不是地球形成之后再在某种原因下开始自转或公转的。 我们知道，太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转，而且是按照右手定则的规律自转，所有或者说绝大多数天体的公转也都是右手定则。为什么呢？太阳系的前身是一团密云，受某种力量驱使，使它彼此相吸，这个吸积过程，使密度稀的逐渐变大，这就加速吸积过程。原始太阳星云中的质点最初处在混饨状，横冲直闯，逐渐把无序状态变成有序状态，一方面，向心吸积聚变为太阳，另外，就使得这团气体逐渐向扁平状发展，发展的过程中，势能变成动能，最终整个转起来了。开始转时，有这么转的，有那么转的，在某一个方向占上风之后，都变成了一个方向，这个方向就是现在发现的右手定则，也许有其他太阳系是左手定则，但在我们这个太阳系是右手定则。地球自转的能量来源就是由物质势能最后变成动能所致，最终是地球一方面公转，一方面自转。

这个是没法证明的。也从来没人证明过。事实上除了数学以外，世界上没有一个理论是可以“证明”的。只不过看哪个理论更合理些而已。各种理论就是在不断被创立，又不断被推翻的过程中不断完善。科学就是这样进步的。到现在也没人敢说地球围绕太阳运转这个理论就是终极真理。但到现在为止看，这个理论是最合理的。 哥白尼当初提出日心说主要是为解决五大行星（当时天王星、海王星还未发现）运行规律问题。原先按照地心说，太阳和恒星倒没什么问题。就是这五颗行星的运动实在是复杂诡异。你知道了日心说现在可以想象一下，地球和这些行星都在一个方向围绕太阳运转。那么在地球上看那些行星的运动当然会很复杂对吗？视觉上地球有时与它们同方向运动，有时与它们反方向运动。这样在地球上看他们有时顺行（由西向东），有时逆行（由东向西），这中间转换时还会有一段时间“留”，就是停在天空某处不动了。速度也时快时慢。这要用地心说解释起来就异常复杂了。当时是用所谓“本轮”“均轮”来解释的。就是行星运行不是直接绕着地球转。而是空绕一个“空心”转，这个“空心”再绕地球转。有时是空心还要绕着空心转。这样要有几十个“轮”才能基本符合我们看到的行星运动规律。哥白尼觉得这个事情肯定不对。他认为上帝创造世界一定是简明的。不可能无缘无故去弄得这么复杂。他就来个“换位思考”。用日心说试试。结果这一试结果令他十分兴奋。这样只要六颗行星（包括地球自己）以一个个同心圆匀速绕着太阳就完美解决了！（现在知道是椭圆，但当时观测精度没有达到这么高。用圆可以粗略符合）。哥白尼对着这结果说：“这才象上帝设计世界的图纸！”。日心说就这样被他提出并逐渐被广泛接受。