天體物理學——質心和重心的區別

2020-12-02 騰訊網

何為質心？

我們說行星圍繞恆星運行, 但這並不是全部事實。實際上行星和恆星繞著它們共同的質量中心運行。這個共同的質量中心被稱為質心。質心也幫助天文學家尋找太陽系以外的行星!

兩顆星體質量有極大的不同，例如太陽與地球。

何為質量中心（重心）？

每個物體都有一個質量中心。它是構成物體的所有材料的確切中心。物體的質量中心是它可以被平衡的點。

有時質量中心是直接位於物體的中心的。例如, 你可以輕鬆地找到尺子的質量中心。試著把你的手指放在一個尺子中間不同的地方。你會發現有一個點, 只用一個指尖就可以平衡整個尺子。那就是尺子的質量中心。在這種情況下，質量中心也被稱為重心。

但有時質量中心並非是在物體的中間。物體的某些部分的質量要比其它的部分大。比如說一個大錘子，它的大部分質量都在一端, 所以它的質量中心離它的重端更近。

在太空中, 兩個或兩個以上軌道相疊的物體也有一個質心。它是物體繞其軌道運行的點。這一點就是物體的質心。質心通常離質量最大的物體最近。

太陽系的質心

地球與太陽之間的質心在哪裡呢？嗯, 太陽的質量超級大。相比之下, 地球的質量是非常小的。這意味著太陽就像大錘子的頭。所以, 地球和太陽之間的質心離太陽的中心非常近。

木星比地球大得多。它的質量是地球的318倍。因此, 木星和太陽的重心並不在太陽的裡面。它其實就在太陽表面之外!

我們的整個太陽系也有一個質心。太陽、地球和太陽系中的所有行星都圍繞著這個質心運行。它是太陽系中每一個物體的質量中心。

我們太陽系的質心在不斷改變位置。它的位置取決於行星在其軌道上的位置。太陽系的質心可以從靠近太陽中心到太陽表面之外。當太陽繞著這個移動的質心轉的時候, 它就會晃來晃去。

兩顆星體質量有很大的不同，例如地球與月球。

質心如何能夠幫助我們找到其他星球？

如果一顆恆星有行星, 這顆恆星繞著一個不在其中心的質心運行。這導致恆星看起來像在晃動。

從上面可以看出, 一顆大行星和一顆恆星圍繞著它們共同的質量中心（或質心）運行。

從側面可以看出, 一顆大行星和一顆恆星圍繞著它們共同的質量中心（或質心）運行。稍微偏離中心的質心使恆星看起來是來回晃動的。

圍繞其它恆星的行星—稱為外行星--是很難直接觀測到的。它們被它們所環繞的恆星的明亮光芒所隱藏。檢測恆星的晃動是了解是否有行星圍繞其運行的一種方法。天文學家通過研究質心和使用其它一些科技，已經發現了許多圍繞其它恆星的行星!

一個聯星系統的模擬，兩顆質量相似的恆星以橢圓軌道繞著共同的質心運轉。

相關知識

質心為多質點系統的質量中心。若對該點施力，系統會沿著力的方向運動、不會旋轉。質點位置對質量加權取平均值，可得質心位置。以質心的概念計算力學通常比較簡單。質心對應的英文有 center of mass 與 barycenter。後者指兩個或多個物體互繞物體的質量中心。

新視野號所見冥王星和它的衛星冥衛一的系統質心。

兩顆星體質量不同，例如冥王星與冥衛一。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. spaceplace.nasa

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