太陽引力那麼大,為何八大行星卻不會被吸過去,而撞擊太陽表面?

2020-12-22 慧眼科學

太陽是太陽系的中心,其質量佔了整個太陽系的99.86%,而其他天體為太陽系貢獻的質量完全可以忽略不計。巨大的質量也讓太陽具備了超強的引力,太陽系中包括八大行星在內的所有天體都會受到它的引力約束,只能乖乖地圍繞著太陽運轉,休想掙脫太陽引力的束縛而走出太陽系。

說到這裡很多人就感到十分好奇了,既然太陽的引力如此之大,那為什麼八大行星僅圍繞太陽公轉,卻不會被它強大的引力吸過去,從而撞擊太陽表面呢?

對於這個問題,其實牛頓早在1687年就已經進行過解釋。1687年,牛頓創作的物理學哲學著作《自然哲學的數學原理》首次出版,書中指出:物體的質量越大,其引力也就越大,且引力的大小跟受力物體與其距離的平方成反比。從中可以得知,距離太陽越近的天體,受到的太陽引力越大,為保證不被太陽吸過去必須保持高速運轉。

各大行星之所以能夠在各自的軌道繞太陽公轉,道理就在於此。雖然說太陽的引力非常強大,八大行星跟太陽的距離也各不相同,但是它們是以不同的速度繞太陽公轉的,距離太陽近的速度快,距離太陽遠的速度則慢一些,它們不會被太陽引力吸過去而撞擊太陽表面,關鍵就在於它們繞太陽公轉的速度都是那麼的恰如其分。

就拿我們的地球來說,它離太陽較近,但圍繞太陽公轉的速度達到了29.78km/s,其高速運轉所形成的離心力剛好可以抵消太陽對其施加的巨大引力。另外,外太空是不存在空氣阻力的,地球可以長時間保持高速運轉,這也是使地球能夠一直保持在固定軌道繞太陽公轉的一個因素。

而距離太陽更近的水星,其公轉速度更是高達47.89km/s,這個速度剛好能保證它不被太陽引力拉扯而墜落到太陽表面。對於離太陽較遠的海王星,其受到的太陽引力要微弱很多,所以它的公轉速度就不需要那麼快了,只有5.43km/s,這個速度足以讓它在自己的特定軌道一直運轉下去。

在各自的公轉速度與到太陽的距離這兩個因素的精密平衡之下,太陽系內的八大行星才得以在各自的軌道內繞太陽公轉,而不會出現被太陽引力吸引而撞擊太陽表面的現象。

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  • 太陽引力那麼強,為啥地球不會被吸過去,反而圍著它轉圈?
    為什麼所有的行星都是圍繞著太陽公轉,而不是被太陽龐大的引力直接吸引過去發生碰撞呢?這也是為什麼,太陽系八大行星中距離太陽較遠的天王星和海王星,不會因為距離脫離太陽的軌道,既然引力是不變的,為什麼太陽系中行星的位置不一樣呢?為什麼不會一直被太陽吸引直到被太陽吞噬呢?其實很好理解,在一個行星被太陽吸引時,它會慢慢的向著太陽前進,因為任何一個行星的重量都是十分誇張的,所以不會高速運動。
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  • 有個疑問,太陽引力為什麼不把行星吸過去,反而是繞著它轉呢?
    如圖:向心力符合F=mv^2/r計算結果,推導過程需要高等數學知識,這裡不做深究,當然高中水平也可以推導出來,只是不那麼嚴謹。為何從古至今我們就一直圍繞太陽運動?在太陽系形成之時,物質並不是靜止的,都是在運動的(大爆炸或者暗物質或其他原因導致物質運動),太陽的引力捕獲了塵埃氣體正在形成的地球,由於向心力((引力)力就是空間彎曲的結果)的作用和速度存在,物質開始做圓周運動;並由於塵埃物質形成時也存在轉動,那麼地球的角動量守恆的原因它也會一直旋轉下去。
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    偉大的科學家牛頓發現了萬有引力定律,此後「引力」就成了宇宙中最神奇的力量,根據牛頓的萬有引力定律,質量越大的物體產生的引力也就越大,然而在太陽系中質量最大的,引力最強的物體非太陽莫屬,為什麼太陽卻不能將系內的天體直接直接吸附過去吞噬掉呢?    難道是萬有引力失去了作用了嗎?
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    在這樣「圓形軌道假設」的條件下,根據上圖中的公式,帶入行星、太陽的質量和軌道(平均)半徑數據,結果是:八大行星中,有七個由於行星質量相對於太陽來說實在太小了,這個共同質心總是位於太陽表面之內但唯獨對於木星來說情況不是這樣的:木星是太陽系裡質量最大的行星,其質量比其他所有行星的總和要大一倍還多,大約是太陽質量的千分之一。所以,對於「木星-太陽」這個二體系統的共同質心,距太陽中心的距離大約是太陽半徑的1.07倍,也就是在太陽表面之外,大約4.8萬千米。
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  • 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?
    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。
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    圖片來源:VectorStock哥白尼的模型解答了兩個困擾天文學家們幾百年的問題,一個是為何行星會在幾個月內變亮和變暗(答案是因為它們離得更近或者更遠),另一個是為何行星有時看起來在倒退(逆行)。考慮到地球,行星和背景星的位置改變,就可以輕易地解答。
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  • 距太陽近是原因之一,還有這樣的原因?
    現在太陽系有八大行星,但是除了水星和金星之外,其他幾個都有衛星,最多的木星有79顆,而最少的地球也有一顆。但是水星和金星就只能這樣孤獨的運行著,這到底是為什麼呢?其實我們在看太陽系八大行星排列的時候應該就能發現一個問題,水星和金星距離太陽的距離比較近,而太陽的引力相比它們倆要大得多。所以那些小石塊和星體是很容易被太陽給吸引走的,這跟他們的質量也有關係,要知道一般情況下,質量越大引力就越大。而它們的質量在八大行星中實在不算出色,並且旁邊還有個太陽壓著,再看看人家木星70多個小夥伴,這一比水星和金星還真是寒酸的不得了。