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1 # 業餘天文學
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2 # 宇宙觀察
在我們賴以生存的太陽系中,地球只是一顆位於宜居帶內的普通行星,距離地球1.5億公里之外便是整個恆星系的核心-----太陽。
按照目前的太陽系演化模型,46億年前一片含有重元素的分子云受到了外部超新星爆發的擾動,進而在引力的作用下發生了坍塌,巨量的氫和氦在這個過程中旋轉升溫最後點燃了足以燃燒一百億年的核聚變大火,我們的太陽就是在那時候誕生的。
佔據太陽系總質量99.86%的它,以無可匹敵的質量牢牢掌控著太陽系內的引力格局,包括地球在內的所有太陽系天體都受到太陽引力的影響而乖乖繞其公轉。
然而既然我們已經知道太陽的是如此之大,那為什麼天文學家從來沒有發現任何天體被太陽引力引力然後墜落到太陽呢?這個問題早在1687年就被牛頓解決了,在當年發表的《自然哲學的數學原理》中,質量越大的物體引力也就越大,其引力強度和距離的平方成反比 。
太陽的引力自然強大,但太陽系行星繞太陽公轉的速度也各不相同,我們的地球一直以29.78km/s的速度繞太陽公轉,太陽引力對地球施加的向心力恰好與地球高速公轉造成的離心力相同,而在沒有阻力的外太空中地球可以長時間保持高速公轉,這種奇妙的平衡也因此得以一直保持下去。
現代天文觀測已經證明,距離太陽越近的天體受到的太陽引力越強,這就需要更高的公轉速度來保證自己不被太陽引力拉扯墜入太陽,因此水星的公轉速度達到了47.89km/s,而太陽系海王星受到的太陽引力作用相水星已經十分微弱,因此它的公轉速度只有5.43km/s。
正是在如此精密的平衡之下,我們的太陽系以及我們人類才得以萬世長存。 -
3 # 愛不釋手丶V
眾所周知,天體運動是符合牛頓經典力學,所以可以用力學知識來簡單瞭解一下其運動規律。
1.萬有引力:任何物體之間都有相互吸引力,這個力的大小與各個物體的質量成正比例,而與它們之間的距離的平方成反比。如果用m1、m2表示兩個物體的質量,r表示它們間的距離,則物體間相互吸引力為F=(G*m1*m2)/r^2,G稱為萬有引力常數。
所以,太陽周圍的物體被太陽吸引,太陽也被周圍天體所吸引,他們之間就存在萬有引力。
2.為什麼周圍天體沒有像黑洞那樣被太陽“吃掉”呢?就以地球繞太陽運動為例來解釋:地球繞太陽做近似於圓周運動,且運動規律相對平穩(具體表現為公轉週期穩定在365天左右),高中力學中有一個詞叫“向心力”,F向=(m*v^2)/r,其中F向為向心力,m為做圓周運動物體的質量,v為做圓周運動物體的線速度,r為做圓周運動物體距中心物體質心(質心為物體質量的中心)的距離。關鍵來了!!!為什麼地球沒有被太陽“吃掉”,第一點說了萬有引力,這裡具體為 F=(G*m1*m2)/r^2 [m1 m2分別為地球太陽的質量,r為地球距離太陽質心的距離(當兩者距離足夠大,遠大於中心物體半徑的時候,可以忽略質心這個概念,r可以直接表現為兩者之間距離)],第二點說了向心力,F向,此時,當我們地球與太陽之間的萬有引力剛好等於地球繞太陽坐圓周運動的向心力的時候,地球就剛好繞著太陽坐圓周運動。
這就是為什麼地球沒有被太陽“吃掉”的原因,原因就是F萬=F向。
至於黑洞“吃掉”周圍天體原因,就是黑洞質量過大,導致兩者之間萬有引力過大,周圍做圓周運動的物體沒有足夠大的速度,導致自身的向心力小於兩者間萬有引力,所以他們就繞著黑洞做半徑越來越小的螺旋運動,最終墜落在黑洞上(並不是徑直衝向黑洞的喲)。
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如果按照牛頓經典力學來解釋,一個做圓周運動的物體,速度和方向每時每刻都在變化,為了改變物體速度的方向,需要一定大小的力,而行星繞太陽公轉所需要的向心力正好就是太陽提供的萬有引力,也就是說太陽沒有其他的“餘力”將行星拉向自己,系統已經維持在平衡狀態,行星可以圍繞太陽做圓周運動而不會被吞噬。
如果按照廣義相對論來解釋,可能相對簡單一點。在愛因斯坦廣義相對論中,引力場是時空彎曲的表現,這是一個革命性的思想。在引力場中運動的物體會按照彎曲空間中最接近於直線的路徑運動,這個路徑稱為測地線。太陽造成其周圍時空的彎曲,而這一彎曲表現出來就是太陽的引力,行星繞太陽公轉的“測地線”正是行星繞太陽公轉的軌道,這個軌道在我們看來是雖然彎曲的路徑,那是因為這是我們在三維空間中觀測到的結果,但對於行星來說,它們正在按照四維時空中最接近直線的路徑運動。
下面配兩張圖可能好理解一點。