為什麼行星會旋轉?

2020-11-29 天文在線

為什麼行星會旋轉?什麼力量導致它們旋轉?

其實沒有力導致行星旋轉。大多數行星旋轉來自角動量守恆。角動量由L=m*w*r給出,其中m是質量,w是以弧度每秒為單位的角速度,r是圓周運動的半徑。由於角動量守恆,如果軌道半徑減小那麼它的角速度必然增加(當質量不變時)。

所有的行星和恆星系統都是從密集的星際雲層的崩塌中誕生的。最初的星雲可能非常大(甚至數千光年)。想像一下星雲的一部分從一光年的大小坍縮到太陽系的大小,這是系統規模的巨大變化。所以,星雲在最初非常微弱的旋轉會在坍縮發生時急劇增加。事實上,這是行星形成的障礙之一:由於角動量過大,必須有一種方法可以在其形成恆星之前失去角動量。

總之,像太陽這樣的恆星從形成它的太陽星雲的原始角動量開始旋轉。不僅如此,行星的所有軌道運動(包括旋轉)都來自於這種原始的角動量。

你的意思是星雲的原始角動量導致行星的軌道運動和旋轉(大部分)。但在軌道運動的情況下,我們有重力,這給了我們一些運動上的限制(例如克卜勒定律)。

我所說的是,如果原始的太陽星雲中沒有初始角動量,那就不存在行星。如果一個絕對沒有旋轉的星雲坍縮,那麼只會有一顆位於中心的不旋轉的恆星,而不會有任何行星。行星形成一個原始星盤,它本身的形成只是因為星雲的初始角動量。旋轉體的動力學當然受到萬有引力等力的控制,克卜勒定律是引力的直接結果。

在旋轉的情況下是否也有一些定律?

在旋轉中唯一需要記住的就是它會產生一個從運動中心徑向指出的離心加速度。因此,必須有一些力來抵消這種加速度;否則星體將會直接飛走(在軌道運動的情況下)或者將崩潰(在旋轉的情況下)。在軌道運動的情況下,反作用力是引力;引力使星體不斷向中心靠攏,這樣直接抵消了向心加速度產生的力。

對於一個旋轉的物體,星體自身的自粘附將其保持在一起。這導致了一個物體在能夠保持自身的條件下旋轉速度的限制。如果旋轉得太快,星體中的元素所受到的向外加速度可能大於使它們粘合在一起的力。並且如果發生這種情況,星體就會破裂。除此之外,沒有關於旋轉的真正定律(注意,旋轉運動涉及角動量守恆,就像線性運動保留線性動量一樣)。

相關知識——轉動

在天文學中,轉動是一種普遍觀察到的現象。恆星、行星和類似星體皆繞著自轉軸旋轉,第一次側得太陽系中的行星旋轉速率是以視覺特徵量測得到。而星體的轉動主要是以都普勒頻移或觀察表面活動特徵方式量測。

「躺著」 自轉的天王星

在地球的參考坐標中,這種轉動產生的離心加速度會些微的抵銷重力,所產生的影響之一是物體在赤道的重量會稍微少一點,另一個則是地球會略微變成一個橢圓球體。行星的旋轉所造成的另一效應為進動現象,如同陀螺儀一般,行星自轉軸會有些微的擺動,但要千年才能觀察到此角度變化,而目前地球自轉軸與其軌道平面(黃道面)的夾角為23.45度。

透過長時間曝光攝影技術拍攝的星跡,是相對不動的星星隨地球轉動而產生的光跡,為地球自轉的證據之一

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.

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