水星那麼小,離太陽又那麼近,為何沒被太陽吸進去?

2021-01-20 優美生態環境保衛者

水星是太陽系中距離太陽最近的一顆行星,半徑只有2400公裡左右,甚至還沒有一些氣態行星的衛星體積大,在太陽系的行星中屬於「小不點」。在我們的印象中,如果一個星體距離一個大質量的天體(比如恆星或者黑洞)時,就會由於巨大的引力作用而被吸引進去,那麼為何水星距離太陽最近,在這麼長的時間內沒有被太陽吞噬呢?

如果我們從萬有引力的公式可以看出,兩個星體之間的引力大小,與二者的質量乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比。因此,太陽對行星的引力大小,應該是這顆行星的質量越大,其相互之間的引力值也會越大,水星質量那麼小,相應的在同等距離條件下受到的太陽引力也會小很多,因此這不能成為能否被太陽吸引過去的理由。

在一個恆星系統中,無論是恆星還是行星,它們的誕生都來源於上一任大質量恆星完成超新星爆發之後,所釋放的巨量星際氣體和塵埃等物質。在引力擾動的影響下,這些星際物質逐漸發生聚集和坍縮,在坍縮過程中,重力勢能的轉化以及星際物質的碰撞和摩擦,推動著核心區域的溫度逐漸升高,當核心區的物質積累達到一定程度之後,核心區的溫度和壓強也逐步提升,那些聚集來的星際氣體就會發生電離,形成濃密的自由原子和電子組成的等離子體,當溫度達到1000多萬攝氏度以後,在量子隧穿效應的作用下,核心區便激發出了氫核聚變反應,恆星就此產生。

而恆星周圍那些尚未被吸收的星際物質,則繼續圍繞著若干核心開始聚集,並逐漸繼承了原先具有的角動量,使得後來形成的行星以一定的速度圍繞著恆星公轉。通常情況下,在距離恆星越近的區域,由於重力勢能轉化為內能的程度越高,坍縮劇烈程度也比外圍高,星際物質的分布密度也越大,因此角動量的總和也會比外圍高,越靠近恆星,其角動量越大,最後所聚合形成的行星繼承的角動量也越多,從某種意義上來說造成了圍繞恆星公轉的速度也越快。說得再徹底一點,行星在形成之前,那些轉動速度不夠、角動量不足的星際物質,都被恆星所吞噬吸收了,留下來的高角動量星際物質奠定了行星形成的物質基礎,也推動了行星公轉速度隨著距離恆星越近,其數值就越大這種局面的產生。

太陽及太陽系中的各個行星,都遵循著上述這個「通用」的過程。水星之所以沒有被太陽吞噬,關鍵還在於其繼承的那些星際物質角動量,使其具有了非常高的公轉速度。從理論上來分析,我們可以這麼看待這個問題。按照愛因斯坦的廣義相對論,凡是有質量的物體,都會對周圍的時空產生彎曲,其它物體在經過這個彎曲的時空時,就會沿著測地線的方向向著引力源中心「墜落」,星體質量越大,時空的彎曲程度就越高,其它物體墜落的趨勢就越明顯,這也是用廣義相對論解釋引力產生的簡易理解。

在此條件下,如果其它物體的運動速度很快,沿著大質量星體造成的測地線進行運動時,就有一定的機率逃脫這種因時空彎曲而產生的「引力漩渦」,這時的速度就稱為這個星體的逃逸速度,而速度值的大小與物體的質量沒有任何關係,僅與物體的切向線速度有關。在天體力學中,將能夠圍繞這個天體運行的最低速度稱為這個星體的第一宇宙速度,其計算公式為V1=(G*M/r)^(1/2),其中G為萬有引力常數,M為星體的質量,r為物體與星體質心的距離。而能夠逃離引力束縛的最低速度稱為這個星體的第二宇宙速度,其計算依據是物體在該速度之下的最低動能,應該能克服物體的重力勢能,也就是說E動=1/2m*V2^2=E重=G*M*m/r,進而可以求出第二宇宙速度值為(2GM/r)^(1/2)。從上述第一和第二宇宙速度可以看出,任何星體,其第二宇宙速度與第一宇宙速度的比值均為1.44(根號2)。

通過上面的公式,我們可以計算出在水星的軌道處,只要公轉速度值大於太陽的第一宇宙速度而小於第二宇宙速度,就能保證其環繞著太陽運行。實際上,水星目前的平均公轉線速度為47.89公裡/秒,正好處於這個區間之內。這種計算過程,實際上是一種對水星能夠圍繞太陽運行的一種驗證,是一種理論上的推導,在太陽系形成過程中,包括水星的各大行星,在其形成過程中所繼承的星際物質的角動量,實際上產生的公轉線速度,也都是在與太陽的不同距離之間博弈的結果,角動量大點,就遠離太陽一些,角動量小點,就靠近太陽一些,最終在漫長的歲月中漸漸達到平衡的狀態。

我們從上面的分析,知道了為什麼水星沒有被太陽吞噬的原因,但是實際上,宇宙空間並非完全的真空,行星在圍繞恆星運行的過程中,勢必會受到非常非常微弱的阻力,從而使得行星的公轉速度逐漸變緩,從而在恆星引力作用下產生軌道衰減,慢慢地在螺旋狀態下靠近恆星,最終有很大的機率會撞向太陽,不過這個過程又非常緩慢,甚至有的行星螺旋「跌落」的時間可能會超過恆星的壽命,而距離太陽最近的水星,則有可能在十幾億年之後,在軌道衰減的作用下被太陽吞噬掉,當然這裡面還有太陽逐漸演化紅巨星體積膨脹的因素共同導致。

相關焦點

  • 水星那麼小,離太陽那麼近,為什麼沒有被太陽吞噬?
    水星是太陽系內體積和質量最小的行星,繞太陽公轉一圈需要88天。水星距離太陽平均5800萬公裡,水日之間的距離是太陽直徑的42倍,放在廣袤無垠的宇宙空間中來看還是蠻近的,它是離太陽最近的一顆行星。雖然離太陽比較近,但由於比較小,在地球表面肉眼不常見。
  • 水星離太陽那麼近,而且那麼小,為什麼不會被太陽吞噬掉?
    我們都知道在萬有引力當中,越是靠近太陽的行星,其中它的公轉速度很快,這是因為它離太陽的距離相對於近一些,距離的平方的反比與它的速度有關,即距離越小,速度越大,靠的越近太陽對它的吸引力也就越大,如果速度不夠快一點的話,很容易就會被太陽吞噬掉,水星的公轉線速度為47.87km每秒,利用萬有引力公式計算可得水星在軌道近日點的速度為61.8km每秒,可見比一般時候的轉速還是要快的很多,這是因為水星在慢慢靠近太陽的時候,有太陽的引力所作用
  • 水星離太陽那麼近,為什麼還沒被太陽吞噬呢?
    水星(英語:Mercury,拉丁語:Mercurius,符號:☿),在太陽系八大行星裡,水星是離太陽最近的行星。中國稱之為辰星。它每87.968個地球日繞行太陽一周,而每公轉2.01周同時也自轉3圈。水星照片眾所周知,太陽的體積和質量都是非常大的,強大的引力會把太陽系所有的天體都吸住;但與此同時所有的天體都以相當快的速度在圍繞著太陽運動
  • 水星離太陽那麼近,為什麼被太陽吞噬呢?
    水星(英語:Mercury,拉丁語:Mercurius,符號:☿),在太陽系八大行星裡,水星是離太陽最近的行星。中國稱之為辰星。它每87.968個地球日繞行太陽一周,而每公轉2.01周同時也自轉3圈。水星照片眾所周知,太陽的體積和質量都是非常大的,強大的引力會把太陽系所有的天體都吸住;但與此同時所有的天體都以相當快的速度在圍繞著太陽運動
  • 離太陽那麼近,為什麼叫水星?上邊有水嗎?
    我們都想過一個問題,水星它叫「水星」,那麼它到底有沒有水呢?水星的名字和我國古代的五行說有關係,不藉助望遠鏡,肉眼可見的行星只有金木水火土五顆,剛好和五行對應。水星英文名是mercury,是上帝的信使。其實在整個太陽系統中,水星一開始是一顆最不為人知的行星。因為水星離太陽很近,我們無法用望遠鏡在良好的條件下看到它,如果我們直接用望遠鏡直接對準水星,太陽強烈的光線會破壞望遠鏡的光學系統!也正是因為這個原因,哈勃從未拍攝過水星的圖像。
  • 假如有一天太陽變成了黑洞,那麼地球以及其它星體會被吸進去嗎?
    地球和太陽的史瓦西半徑分別是0.9公分和3公裡,假設把整顆太陽壓縮到半徑小於3公裡,太陽就會變成一顆黑洞。如果太陽真的變成一顆黑洞,那麼地球會被變成黑洞的太陽吸進去嗎?如果太陽變成黑洞了……圖:知乎保持距離以策安全答案是不會,地球不會被變成黑洞的太陽吸進去,即使是距離太陽最近的水星也不會,太陽系裡的各個天體還是相安無事的繞著太陽運行。
  • 為什麼水星上會有水的存在?它離太陽那麼近,是如何實現的?
    而這四顆類地行星都是靠近太陽的行星,其中處在宜居帶的有三顆,分別是金星,地球和火星。而水星則是處於宜居帶外,也是離地球最近的行星。相信很多朋友都明白,離太陽越近,這顆星球表面的溫度應該也越高,事實也的確如此,水星表面的溫度最高可達到427攝氏度,這樣的溫度絲毫不亞於金星。只不過,水星兩樣也有夜晚的存在,而到了夜晚,它表面的溫度會非常低,這一點跟金星是完全不同的。
  • 水星離太陽很近,水星上看太陽是不是很大?可能和你想的不一樣
    早晨的太陽和中午的太陽哪一個離我們更近?」孔子曰:「嗯,這個……」一小孩說:「早晨的太陽像車蓋那麼大,中午的太陽卻只有盤子那麼大。這不就是遠小近大的道理嗎?當然是早晨的太陽大啊!」子曰:「嗯,這個……」另一個小孩爭辯道:「早晨的太陽涼颼颼的,中午的太陽卻熱乎乎的。這不就是離我們距離近得更熱嗎?」
  • 金星早就被太陽烤乾了,水星離太陽更近,為何會有1000億噸的冰?
    其實「罪魁禍首」就是太陽,太陽自從誕生以後就一直在變亮,其輻射出的能量也隨之逐步增加,隨著這個過程的持續,金星就慢慢地被太陽烤乾了。我們都知道,在太陽系的8大行星中,水星距離太陽最近,因此我們不難想像,水星被太陽炙烤的程度會比金星更高,所以水星也應該早就被太陽烤乾了。
  • 水星離太陽最近,為什麼水星上依然有水?
    我們都想過一個問題,水星它叫「水星」,那麼它到底有沒有水呢?下面我們就解答這個問題。起初的水星是一顆不為人知的星球其實在整個太陽系統中,水星一開始是一顆最不為人知的行星。因為水星離太陽很近,我們無法用望遠鏡在良好的條件下看到它,如果我們直接用望遠鏡直接對準水星,太陽強烈的光線會破壞望遠鏡的光學系統!
  • 金星早已被太陽烤乾,水星距離太陽更近,為何會有1000億噸的冰?
    那麼,為何金星上的環境會如此惡劣呢? 其實,金星上的環境是與太陽息息相關的,由於太陽的亮度在不斷增加,其輻射出的能量也在不斷增加著,再加上金星與太陽的距離較近,所以金星就這麼慢慢被烘乾了,以至於其表面變成了「地獄
  • 水星不會被太陽吞噬的原因
    八大行星之中,以水星離太陽最近,太陽如此強大的吸引力,按理說,水星應該會墜入太陽,成為太陽的零食。可是,數十億年來,水星為何好端端的?原來是因為水星圍繞太陽公轉的速度,水星以87.9個地球日公轉太陽一周,足足比地球快了四倍。
  • 為何離太陽近的是固態行星,而離太陽遠的卻是氣態行星?
    離太陽最近的水星、金星、地球、火星都是有大量重元素高密度的存在,而這樣高密度的物質自然不多,所以也就形成了這麼四個固體行星。而我們熟知的木星、土星雖然大,奈何密度太低,基本就是被某核心聚集起來的大量的氣體形成的東西。
  • 明明離太陽最近,為何水星上會有「冰火兩重天」?
    離太陽越近氣溫越高,這是我們的常識,也是物理學的規律之一。但在太陽系當中,晝夜溫差最大的卻是離太陽最近的水星。水星氣溫最高的時候高達420攝氏度,但氣溫最低時也能降低到零下170攝氏度以下。作為太陽的「貼身侍衛」 ,水星上面為什麼會出現如此「冰火兩重天」的天氣呢?
  • 是不是離太陽越近的行星,溫度就越高呢?
    太陽給我們帶來熱量,那是不是離太陽越近的行星溫度就越高呢?明明離太陽最近,為何水星上卻是「冰火兩重天」?比如,金星比水星離太陽更遠,但是溫度卻比水星高許多。金星的周圍有著濃密的大氣和雲層,在溫室效應的作用下,熱能受大氣層的反射而無法散出,保留在大氣層內。因此,金星雖然距離太陽比水星遠,可表面溫度卻比水星還高。 金星水星離我們那麼遠,是怎麼測量到他們的溫度的呢?大家都知道紅外攝像機可以顯示人體的熱點。我們也可以採用同樣的技術,通過紅外探測器,了解外太空中物體的溫度。
  • 太陽引力那麼大,為何八大行星沒撞過去?牛頓早已給出答案
    既然太陽的引力如此之大,為什麼八大行星卻沒有被太陽吸過去而撞擊太陽表面呢?對於這個問題,其實偉大的科學家牛頓早在1687就已經給出了答案。 太陽因為質量大,所以對行星的引力大,但如果行星的公轉速度大,就不會被它吸過去。
  • 問:帕克太陽探測器離太陽那麼近不會燒壞嗎?
    這次「帕克太陽探測器」的任務是追蹤加熱和加速太陽日冕和太陽風的能量流動,研究太陽風源的等離子體和磁場的結構及其動力學特徵,探索高能粒子的加速和運動機制,因此作為一顆太陽風特徵的探測器,以尤金・帕克教授的名字命名是再合適不過了。
  • 金星因為離太陽近,「水」早已經被烤乾,為何水星卻還存在大量冰
    在太陽系內,有些行星衛星距離太陽非常近,也有一些行星距離太陽非常遙遠。比如地球因為處在太陽系內的宜居帶上,氣候舒適,才變成了宇宙中的綠色生態星球,若地球距離太陽再近一點或再遠一點,或都不可能孕育生命。由於人類對生命的形成依舊充滿疑問,故而初步認知,只能將地球生態環境當作生命的條件。
  • 水星最靠近太陽,為何是冰火兩重天現象,原來如此!
    水星離太陽最近,但是卻冰火兩重天,兩大原因造成的!大家都知道,水星是太陽系八大行星最內側也是最小的一顆行星,也是距離太陽最近的行星,有著8大行星中的第二大的軌道偏心率,水星也是一顆類地行星,由於其非常靠近太陽,除非有日食,否則在太陽的照耀下通常是看不見水星的,大家都知道,因在八大行星中表面溫差最大,因為沒有大氣的調節,而且距離太陽又非常近,所以在太陽的烘烤下,水星像太陽的那一面,最高溫度可高達
  • 離太陽最近的行星_水星
    水星作為離太陽最近的類地行星,其體積和質量在八大行星中是最小的,有著八大行星中最大的軌道偏心率。它的自轉周期和公轉差不多,自轉為五十八個地球日,相當於地球的兩個月,公轉則是八十七個地球日。水星有著太陽系行星中最小的軌道傾角。水星軌道的近日點每世紀比牛頓力學的預測多出43弧秒(角秒)的進動,這種現象直到20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋。水星表面平均溫度約452K,變化範圍從90-700K,是溫差最大的行星。