在太陽系中,太陽無疑是中心天體,,它通過氫核聚變產(chǎn)生的能量照亮了太陽系,,而且它的強(qiáng)大引力束縛住著太陽系中的各大天體,,包括地球在內(nèi)的八大行星、矮行星,、小行星,、彗星等天體都在繞著太陽公轉(zhuǎn)。 盡管如此,,作為太陽系中已知質(zhì)量最大的行星(317.8倍地球質(zhì)量),,木星并不是繞著太陽公轉(zhuǎn)。事實(shí)上,,所有行星的運(yùn)動(dòng)并不是繞著太陽公轉(zhuǎn)這么簡單,,而且太陽也不是相對(duì)于其他行星固定不動(dòng),太陽系的天體運(yùn)動(dòng)其實(shí)非常復(fù)雜,。 太陽的中心地位來自于它那巨大的質(zhì)量——相當(dāng)于地球質(zhì)量的33.3萬倍,。太陽系中的天體數(shù)量非常多,僅在內(nèi)太陽系中(木星軌道以內(nèi)的范圍),,就有1.5億顆直徑超過100米的小行星,。然而,除了太陽之外,,所有太陽系天體加起來的總質(zhì)量僅為整個(gè)太陽系總質(zhì)量的0.14%,。 擁有多達(dá)99.86%太陽系總質(zhì)量的太陽,可以產(chǎn)生十分強(qiáng)大的引力,,最遠(yuǎn)可以主宰1光年外的天體運(yùn)動(dòng),。不過,太陽并非等同于太陽系的真正中心,。至于原因,,可以通過太陽-木星的雙星簡化模型來進(jìn)行解釋。 牛頓的萬有引力定律告訴我們,,太陽對(duì)木星施加引力的同時(shí),,木星也會(huì)對(duì)太陽施加相同大小的引力。在萬有引力的作用下,,太陽和木星有相互吸引并靠近彼此的趨勢(shì),。 但太陽和木星并沒有因?yàn)橐ψ饔枚l(fā)生碰撞,這是因?yàn)檫@兩個(gè)天體都在做圓周運(yùn)動(dòng),,引力剛好充當(dāng)了向心力,。的確如此,木星在做圓周運(yùn)動(dòng),,太陽其實(shí)也在做圓周運(yùn)動(dòng),,它們的繞行中心都不是各自本身,而是它們的共同質(zhì)量中心或者引力中心,。 假設(shè)太陽質(zhì)量為M,,木星的質(zhì)量為m,,日木距離為r,太陽到共同質(zhì)心的距離為x,,角速度為ω(兩個(gè)天體的ω相等),,根據(jù)牛頓力學(xué)可以得到如下的關(guān)系式: 化簡后可以得到如下的結(jié)果: 代入具體數(shù)值可得x=74.23萬公里。由于太陽在自轉(zhuǎn),,導(dǎo)致太陽是一個(gè)扁球體,,所以太陽的赤道半徑在所有半徑中最大,為69.63萬公里,。由此可見,,日木的共同質(zhì)心不在太陽內(nèi)部,而是位于距離太陽表面46000公里(相當(dāng)于地球直徑的3.6倍)之外,。 無論是太陽,,還是木星,它們都會(huì)環(huán)繞這個(gè)共同質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng),。只是太陽的公轉(zhuǎn)軌道半徑很短,,很快就能繞行一周。而木星的軌道半徑很大,,繞行一圈需要長達(dá)11.86年,。這兩個(gè)天體的運(yùn)動(dòng)方式如下圖所示: 如果考慮到整個(gè)太陽系的天體,實(shí)際情況要更加復(fù)雜得多,。隨著各個(gè)天體的運(yùn)動(dòng),,太陽系的質(zhì)量分布將會(huì)隨之發(fā)生變化,所以整個(gè)太陽系的共同質(zhì)心不是固定在太陽中心,,而是在不斷發(fā)生變化,。 如果太陽系的質(zhì)量均勻分布,共同質(zhì)心將會(huì)位于太陽內(nèi)部,,甚至位于太陽中心,,比如1990年的太陽系共同質(zhì)心位于太陽核心區(qū)域附近。如果太陽系的質(zhì)量分布不均,,共同質(zhì)心將會(huì)位于太陽外部,,比如1981年的太陽系共同質(zhì)心在太陽表面之外。 只是由于太陽的質(zhì)量太大了,,即便共同質(zhì)心不在太陽之內(nèi),也會(huì)在太陽表面附近,,所以很多時(shí)候我們都進(jìn)行簡化處理,,把太陽的相對(duì)位置視為不變,其他天體在繞著太陽公轉(zhuǎn),。 在現(xiàn)實(shí)中,,太陽確實(shí)會(huì)沿著半徑方向進(jìn)行擺動(dòng),,幅度有大有小。如果宇宙中有先進(jìn)的外星文明,,他們通過觀測(cè)太陽的徑向擺動(dòng),,可以間接發(fā)現(xiàn)太陽系各大行星的存在。事實(shí)上,,天文學(xué)家正是通過這樣的方法,,已經(jīng)找到了很多遙遠(yuǎn)的系外行星,其中一些甚至有可能存在生命,。 只不過以當(dāng)前我們的宇航技術(shù),,親自造訪這些遙遠(yuǎn)的外星世界是不可能的。目前比較值得期待的是在本世紀(jì)中后葉,,發(fā)射光速10%的星際飛船,,用大約50年的時(shí)間飛抵4.2光年外的三合星系統(tǒng)——南門二。到了那里后,,星際飛船把探測(cè)數(shù)據(jù)用光速傳回地球,,我們還要再等4年多的時(shí)間才能接收到。 |
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