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太陽光對水星陽面有很大的光壓,為何水星沒被光壓外推出自已軌道?據萬有引力光壓會使水星軌道升高引力減小致使水星軌道上升,如此往復迴圈水星軌道不就越升越高了,可事實上水星軌道很穩定,好象並沒受太陽光壓的影響?
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  • 1 # 章彥博

    題主的這個「很大的光壓」的說法不知從何而來。光壓通常都是很弱的,相比於引力,則更加弱。我先不去計算具體的光壓數值,而是從定性的角度來說,即便光壓很大,也幾乎不會讓行星推離軌道。

    所謂「軌道」,特別是當前相對穩定的行星軌道,其都是一個平衡的位置。就近似按照圓形軌道來說,軌道上的每個點,引力與加速度對應的慣性力都是平衡的。即便引入一個光壓,只不過就是改變一下平衡點的位置而已。

    根據物質守恆,光壓的壓強是隨著距離增加成平方反比下降的,這與引力相同。這就意味著,如果光壓真的那麼大,那將不會存在一個平衡點——星球會直接脫離太陽的引力——這是與實際完全相悖的結論。所以很顯然,光壓是非常弱的。

    我們使用黑體輻射的普朗克公式來計算:

    這是對應溫度T下不同頻率p的分佈函式。我們知道,光子的動量p = hv/c。我們可以計算太陽黑體輻射產生的光壓,即F = dp/dt.

    可以算得,靠近太陽的地方,光壓最大隻有0.24牛/平方米,相對於引力來說,完全是微不足道的力量。前面也說到了,由於兩種力都是平方反比的規律,所以不存在出現交點、平衡點的情況,所以一旦光壓真的超過了引力,那就不會出現穩定的軌道。然而實際的觀察非常明確——水星在現在的軌道上已經穩定存在了很久,也就是說,它所受的光壓一定是小於引力的。

  • 2 # 張雙南

    問題在於,什麼是水星自己的軌道?簡單的回答,就是水星現在的軌道。那麼題主的問題可以改為:既然太陽對水星施加了很大的光壓,為什麼水星還在繞著太陽運動,而且還離太陽那麼近?

    原因就是,太陽對水星的光壓還是不夠大,還沒有太陽的引力大。因此雖然太陽的光壓起到了向外推水星的作用,但是也僅僅是稍微減少了太陽的引力對水星的吸引作用,使得水星受到的“淨引力”(太陽的引力減去太陽的光壓產生的推力)比沒有光壓的時候只是稍微小了一點。

    那麼,水星現在的軌道是怎麼確定的呢?是由於前述的“淨引力”和水星繞太陽做(近似)圓周運動的離心力達到平衡時的軌道半徑(距離太陽中心的距離)。之所以這個軌道半徑是穩定的,一方面是因為如果軌道半徑增加一點,由於在引力場中能量守恆,水星的軌道運動速度就得減少,這時候離心力就減少了,“淨引力”就把水星往回拉一下,回到原來的軌道。另一方面是因為如果軌道半徑減少一點,由於在引力場中能量守恆,水星的軌道運動速度就得增加,這時候離心力就增加少了,就把水星往外推一下,回到原來的軌道。

    當然實際的穩定性分析要複雜一些,比如軌道半徑變化本身也會引起離心力和“淨引力”的變化,但是對於離心力的變化遠遠沒有對於“淨引力”的變化敏感,所以上面就沒有考慮,也有一些其他次要的因素我們沒有分析,但是道理差不多就是這樣了。

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