如果你看過國際空間站上宇航員的視頻，你一定知道失重是什麼樣子的，宇航員隻要從牆上輕輕彈起，他們就會自由地漂浮，沒有上下的概念。

你可能經常聽到物理學家和宇航員說太空中沒有“上升或下降”，但這到底是什麼意思呢？在太空中主要方向還适用嗎？

如果你沒有“下”或“上”，還會有“右左”和“東西南北”嗎？或者說他們要如何表達高度和方向呢？

我們每年都會在太陽系中發射價值幾十億的衛星和航天飛機，甚至提前數年向其他行星發射衛星，并與時速十幾萬公裡的行星完美相遇，很明顯，我們已經搞清楚了“天文導航”。

高度、基本方向和上下的概念肯定存在于地球上，所以在我們了解它們是否存在于太空中之前，我們需要了解 “地球”在哪裡結束（哪裡開始不屬于地球了），或 “太空”在哪裡開始。

國際法規定，“太空”可以自由使用和探索，不屬于任何主權國家，類似于地球上的“公海”，但是沒有一項國際法明确規定太空從何處開始。

位于地球海平面以上100公裡（62英裡）處，有一條假想的線——卡門線，這裡被廣泛認為是地球大氣和太空之間的分界線，也經常被用來衡量是否已實現太空飛行。

現在，科學家們已經研究了地球上相對平靜的大氣和外層空間強烈的太陽風之間的交接點，并認為這個位置應該在地球表面以上117公裡（73英裡）處。

在地球上，我們通常用“米”來計算高度，一旦進入航空和太空旅行，我們一般用“公裡”來測量離地球表面的距離（歐美喜歡用英裡）。

例如，國際空間站的軌道距離地球大約400公裡左右，散逸層始于800公裡左右，也有衛星在更遠的地方圍繞着地球運行。

距離地球最遠的衛星之一是俄羅斯的一顆無線電衛星，其軌道高度距離地球表面約33萬公裡，我們的月球距離地球36.3-40.5萬公裡的軌道上運行。

你可能發現了，當數字越來越時時，我表達高度已經簡單地描述為距離了。

地球的引力範圍大約在海平面以上100萬公裡左右，這意味着在這個距離之外，太陽系的主引力（太陽）将成為主導，物體将開始向太陽下落或以太陽為中心運行。

這個時候，“高度”将從地球表面以上的距離轉換到太陽表面以上的距離，這種基于萬有引力的參照系變化對于理解外層空間的其他方向也很重要！

我們的腳牢牢地踩在地上，由于地心引力，我們知道“下”在我們的腳下，“上”在我們的頭上。以我們自己身體為參照點，我們就可以把物體表示為在其他物體的左邊或右邊，而地球的兩級為我們提供南北。正因為這些參照系，地球上的所有基本方向都很明确。

上面和下面都是與觀察者相關的主觀感受，雖然這在地球上是可行的，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繞着其他的天體轉，宇航員和國際空間站圍繞着地球轉，由于重力的作用它們本來應該下落，但是由于速度足夠快，它們将永遠地運動下去。

月球也是這養圍繞着我們數十億年時間的，而地球則繞着太陽轉，太陽和我們整個太陽系繞着銀河系的中心做着同樣的事情，銀河系則被我們星系團中心所吸引，以此類推。

我們在上面所描述的基本上是參照系，這些參照系是用來确定自己相對于其他物體的方位，雖然這在地球上很容易，但在太空中就比較困難了，因為重力無法定義。

根據你在太空中的視角，“下”就是引力影響你的那個天體方向，“前進”就是你動量的方向。而左、右的使用很大程度上基于個人視角，并且是相對于觀察者的，而不是重力。

例如，在國際空間站上使用的一個常見的參考框架是 /- XYZ軸，用來表示前後和上下。以空間站為中心， X表示朝向空間站“前進”的方向，而 Z表示朝向地球的方向。

然而，類似于在宇宙空間中讨論高度的方式，這些參照系也會根據你在太陽系中的位置而改變。

例如，當宇宙飛船接近火星時，坐标和距離必須切換到火星參考系，而不是地球參考系。

當我們遠離系内行星，遠離我們的太陽系和鄰居，參照系的尺度不斷增加，從相對于太陽的方向一直延伸到相對于我們整個銀河系的重心方向！

在很大程度上，人類對太空的探索仍然隻在家門口，大約有5000顆衛星在繞着地球運行，而逃離地球的衛星屈指可數。

地球的引力把它們都保持在地球的參照系中，在我們的行星的影響範圍之外，參照的框架必須相應地根據引力優勢或物理上的接近而改變，這将重新定義方向和方向。

換句話說，宇宙的數學永遠不會改變，但觀點永遠在變化！

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