太陽對月球的引力是地球的兩倍,為什麼月球不能繞著太陽旋轉呢?

2020-12-17 蝦說科技

茫茫宇宙中,存在著許多神奇的物理現象,是不能用現代科學技術來解釋的,而人類目前對宇宙的認識,也僅僅是一個開端。比如,我們都熟知,太陽系中的行星都繞太陽運轉,是因為太陽巨大的吸引力。但是對於我們居住的地球,卻有一個衛星月亮,繞著地球轉動,為何不能繞著太陽轉動呢?

根據牛頓萬有引力定律,星體之間的引力一般和其質量相關,這樣算下來,太陽對月球的引力並不小,甚至大於地球對月球的引力,但為什麼月球還是如此情有獨鍾呢。

其實從理論上說,月球也可以繞著太陽轉動,但事實並沒有。並且,在太陽系的所有已知衛星中,也沒有發現任何其他衛星有子衛星的例子。

這還得從萬有引力定律說起,天體的質量決定了它的引力有多強。在宇宙中,引力讓物質聚集而形成星體,同時也讓星體之間相互吸引,形成按照特定軌道周期運轉的天體,而衛星,一般以固定軌道環繞行星。

以太陽和地球以及月球為例,月球是地球的衛星,圍繞地球運轉,而地球帶著月球一起圍繞太陽運轉。但是我們知道,太陽非常龐大,其直徑相當於地球直徑的109倍,質量是地球的33萬倍。事實上,太陽的質量佔有太陽系總質量的99.86%,如果把太陽,地球,月球的質量和距離代入萬有引力公式,就可以發現,太陽對月球的吸引力是地球對月球引力的兩倍多。

之所以月球受到如此大的引力,卻對地球始終如一,是因為在天體的周圍,存在一片空間區域,在這塊區域裡面,被它吸引的星體受它控制,而不會被繞行的其他較大的星體所控制,這個領域叫做希爾球,是由美國天文學希爾在前人的基礎上定義並提出了一個公式。

總體來說,以這個公式計算出來的地球希爾球半徑為150萬公裡,也就是說往上有150萬公裡的距離,而月球離地球才38萬公裡,在此範圍之內,受地球引力的主宰,所以月球繞著地球轉而不是繞著太陽公轉。

希爾球

影響希爾球大小的主要因素,是星體質量之比以及距離,如果地球更接近太陽,希爾球將更小。如果更遠,希爾球則更大。如果把月球拉遠,或者把地月系統拉近太陽,月球處於希爾球之外,月球就會跑掉,去繞著太陽運轉了。

在太陽系中,木星的質量最大,他的希爾球半徑為5300萬公裡,這也是為什麼木星會擁有數量最多衛星的原因,它能強烈捕獲飛過附近的彗星和小行星。太陽也有一個希爾球,其中包含了整個太陽系,太陽的希爾球半徑約是兩光年,它的邊界,也就是我們常說的奧爾特雲。

木星可以捕獲很多小物體

那麼為什麼衛星不能擁有自己的天然子衛星呢,因為很多衛星都非常靠近自己行星,以地月系統為例,月球同樣擁有希爾球,但其半徑只有6萬公裡,是地月之間距離的六分之一。而像木衛一這樣的衛星,希爾球更小,處於行星的大希爾球之內,使得單獨捕獲到屬於自己的物體非常困難。而且大多數衛星都面臨最主要的問題,被行星的潮汐鎖定,即使月球有一顆子衛星,也會由於潮汐力的作用,使其軌道降低,最終撞上月球,說不定月球背面的隕石坑,就是這樣來的。

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    根據這個公式計算出地球的希爾球半徑為150萬公裡,而太陽的希爾球半徑約1光年。月亮距離地球平均約38.5萬公裡,因此能夠被地球引力穩定的捕獲住,只能在地球周圍兜圈子;太陽的希爾球半徑約1光年多,所以在距離太陽約1光年的周圍,還有一個奧爾特星雲,也就是無數的小天體(彗星)包裹著太陽(見上圖)。
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    今天,我們就從地球的自轉開始說起,來聊聊天體的運動以及天體的視運動。地球的運動十分複雜,其中最基本的運動包括圍繞著地軸的「自轉運動」和圍繞著太陽(實際上上太陽和地球的公共質量中心)的「公轉運動」。在地球上能夠看太陽和月球「東升西落」的視運動現象,我們如果登陸到月球上,來觀察太陽和地球,那看到的視運動情況又是怎樣呢?
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