相信在絕大多數人的印象中,月球繞著地球轉、地球繞著太陽轉、太陽是太陽系的中心......聽起來似乎沒有問題,但這個說法並不完全正確。發表於《天文物理期刊》的一項研究表明,雖然是太陽創造了太陽系,但太陽系裡的所有天體都在繞著一個看不見的點在轉,包括太陽也是。
感覺是不是有點懵?地球不繞太陽轉,那繞什麼轉?太陽系的質心!
在天體物理學上,有個概念叫質心(barycenter)。質心不同於重心,質心是指兩個或多個天體在引力作用下相互繞轉,其轉動的「中心點」就是質量中心(相當於天平的支點)。如果是兩個天體中有一個比另一個大很多,質心通常會位於質量較大的天體內部,所以質量較小的天體會在軌道上繞著兩者的共同質心運行,而較大的天體則會出現輕微擺動。需要注意的是,兩個天體質量差距太大的話,質心不一定是在大質量天體的中心。換句話說,環繞天體的質量越大、距離越遠,質心就會離中心天體越遠。
打個比方:我們常說的月球繞著地球公轉,其實在地月系統中,是月球和地球都在繞著地月系統的質心在轉。由於地球和月球的質量差太多,因此地月系統的質心事實上是位於地球內部距離地心約4671公裡處,大概是地心到地表距離的75%(地球半徑約6380公裡)。
同樣,我們太陽系中的質心也不在太陽中心。來自美國範德堡大學團隊的一項研究顯示,太陽系的質心位於太陽表面外側,約比太陽表面高 330英尺(100米)。這個點也被科學家稱為是「太陽系中絕對靜止的位置」,包括太陽在內的太陽系所有天體都是繞著這個點在運行。因為其他行星質量太小(忽略不計),可以直接看成太陽跟木星的質心為整個太陽系的質心。
不過太陽有時會離質心時近時遠,主要的原因是因為木星的拉扯。雖然太陽佔太陽系總質量的99.8%,但剩下的0.2%幾乎都是木星質量。由於木星質量為太陽的千分之一,因此質心與木星的距離,為與太陽距離的約一千倍,質心位於太陽表面之外。當木星與太陽以約 12 年互繞一圈,太陽繞著質心運動了約150萬公裡。當然,改變太陽運動的不只有木星,還有其他行星的影響,但以木星造成的效應最顯著。不過也有一個特殊情況,那就是冥王星,因為冥王星的質心總是在外面。
當然,我們普通人也沒必要較真。因為理論上的質心默認是天體在進行圓周運動的基礎上,但事實上,太陽系八大行星的軌道都不是圓形,而是橢圓形。而科學家需要了解太陽系精確的質心位置,是為了檢測非常微小的低頻引力波,找出隱藏的行星和找到大質量黑洞,以及對宇宙中所有不同種類的黑洞有了更全面的了解。因此對於太陽系所有天體繞著一個看不見的點在轉,我們只當是知道有這麼一個奇怪的知識就好了。
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