宇宙中的方向

首先，宇宙中沒有絕對的方向，并不存在所謂的上方和下方。天體分布在宇宙空間中，不存在絕對參照系，所以天體的方位都是相對而言的。我們可以認為地球處在太陽的“下方”，或者也可以反過來認為太陽處在地球的“下方”。

地球上的方向

在地球上，我們會感受到方向，是因為地心引力的作用。地球上的物體都會受到朝向地心的引力，這個方向正是我們所熟悉的“下方”。由于地球是個球體，所以地球上不同地方的“下方”并不一致，但都會指向地心。

對于太空中環繞地球運動的宇航員，他們沒有上下方向的感覺，因為他們處于失重的狀態。如果宇航員處在密閉的太空艙中，他們無法分辨出哪個方向是“下方”，或者地球在哪個方向。

地球的“下方”

雖然宇宙中沒有絕對方向，但在某種意義上能夠定義出地球的“下方”。太陽的質量遠超地球，前者是后者的33.3萬倍，太陽強大的引力無時無刻不在試圖把地球吸引過去，我們可以認為太陽引力的方向是地球的“下方”。

那么，這個問題就變成了“為什么地球不會掉進太陽中？”

雖然太陽的引力持續施加在地球上，但地球并不會被吸引過去，因為地球不斷環繞太陽旋轉，可以抵消引力作用。關于這個原理，可以用“牛頓大炮”來作說明。

牛頓大炮

試想一下，在地球上沿著水平方向發射出一枚炮彈，其飛行距離會隨著初速度的增加而變遠。由于地心引力的存在，炮彈最終會掉到地上。但如果炮彈的初速度足夠高，由于地球是個球體，表面是彎曲的，炮彈能夠飛得足夠遠，避開地表，不會落到地上，從而會繞著地球旋轉。在沒有空氣阻力的情況下，炮彈會成為地球的衛星，一直環繞地球運動。這個足夠高的初速度就是第一宇宙速度，大約為7.9公里/秒。

只要有足夠的速度，物體就能環繞地球運動而不會被引力吸引到地表。距離地表越遠的地方，所受的地心引力越弱，所需的環繞速度越慢，例如，400公里高度（大部分載人飛船軌道）的軌道速度為7.7公里/秒，3.58萬公里高度（地球同步軌道）的軌道速度為3.07公里/秒。

同樣地，地球以大約30公里/秒的速度繞著太陽旋轉，這個足夠快的軌道速度能夠使地球免于掉進太陽中。地球的軌道速度來自于46億年前原行星盤中的微行星，由于角動量守恒，并且太空幾乎真空，地球才能不斷環繞太陽旋轉。