按重量和體積比例做的太陽系模型在太空中能像太陽系那樣運轉嗎?

2020-12-05 宇宙新思維
太陽系模型

一,理想狀態的答案:

如果存在理想狀態的太空,這些模型是可以像太陽系一樣運轉的,當然還有一個前提就是這些模型不能太小(因為必須有足夠的引力能克服電磁相互作用)。

理想環境

這個理想狀態的太空就是沒有任何天體和塵埃射線存在的、沒有任何引力的平直空間。這樣的空間存在嗎?

引力的數量級在自然界的四種力中最小(如果把強力的強度數量級設為1,那麼電磁力為10^-2,弱力為10^-12,而引力則為10^-40),除地球外我們所見到的周圍大小的所有物體之間的引力都可以忽略不計,模型的這點引力經不起一點幹擾。比如說在我們太陽系的太空中,這些模型會受到太空中的塵埃粒子、太陽風以及宇宙射線的擾動,

太陽風

最關鍵的是受到了太陽和所有行星衛星的引力。這些引力都要比它們之間的引力大多了。

二,現實中的答案

而在現實中首先當然也是要看你這個模型作的多大了。如果是做的較小的話,是轉不起來,原因還是上面說的根本不存在理想的平坦的絕對乾淨的太空和電磁作用幹擾。其次問題是這個模型我們能做多大?還有如何把這些模型送入太空並給予它們第一推動力。下面從這兩方面分別具體分析一下。

第一推動

1,模型至少多大?

萬有引力公式為F=GMm/r,其中F為萬有引力,G為萬有引力常數,大小為6.672x10^-11牛·米/千克,M這裡為模型太陽的質量,m為模型地球的質量,r為兩個模型的中心距。為了直觀地了解引力的大小,我們先舉一個例子:兩個質量均為50千克的人相距0.5米的相互引力是多少呢?代入上式中得F=6.67x10^-7牛,1牛相當於100克的重量,6.67x10^-7牛就相當於0.0000667克力,這個力連蚊子踢一腳的力都不如,人根本覺不出。這麼大小的力根本滿足不了太陽系模型所需的向心力。

太陽和地球的真實比例

太陽體積是地球的130萬倍(日地距離是太陽直徑的100多倍),而太陽質量是地球質量的33萬倍,但由於萬有引力與質量的乘積成正比,與距離的半方成反比,但質量又與半徑(距離)的立方成正比(m=4πRρ/3),因此我們無法以相同比例同時縮小質量和體積(距離),比如把質量按比例縮小,把地球模型作成1千克,那太陽模型就是330噸(縮小5.965x10^24倍,因為地球質量為5.965x10^24千克),如果把體積和距離也按這個比例縮小(這點實際也很難做到,因為太陽和地球的密度也不一樣),那太陽模型和地球模型的引力並沒有按相同比例縮小,並且模型之間的距離比納米的數量級都小(這樣的模型可能嗎?)。因此我們不必考慮完全按比例縮小的問題,只要是比實物小的多的模型就行,因為它們原理是一樣的。體積距離是不重要的,重要的是質量,質量才是萬有引力的主要因素,所以現在我們為了計算方便,以地球模型為100千克,與太陽模型的中心距為1米,繞太陽模型轉動速度為0.1米/秒來計算,利用向心力公式F=mⅤ/r,求得地球模型所需向心力為1牛。再根據萬有引力公式求得太陽模型的質量M為1.4988x10^8千克,即將近15萬噸。即使地球模型作成1000千克,中心距擴大到10米,那太陽模型也將近1.5萬噸。這麼大質量的人造太空飛行器人類能發射上去嗎?這就是下面要說的。

2,人類目前能製作發射多大的太空飛行器?

這麼大質量的人造太空飛行器人類肯定能製作出來,但目前人類還發射不了,即使分次組合發射也不現實,現在採用國際合作方式發射的最大的太空飛行器是國際空間站,

國際空間站

總質量438噸,全世界十六個國家耗時17年(1994到2011),耗資數千億美元。按照這個比例計算,發射太陽系模型耗時耗資是多少,大家可以自己算算。為了驗證這個模型花這麼多時間和金錢是不可能的,但不做成這麼大就沒法顯露出引力作用,並且這只是理論計算,如果真上了太空,恐怕1牛頓的引力還不夠。另外如何精準把握地球模型距太陽模型的距離和運動方向,還需提前進行多次空間試驗驗證。總之,理論上計算的結果,現實中沒法實現,這就是現實答案。

俗話說,「天無二日,地無二君」,這些模型想成為獨立的系統王國是不行的,它們最終必然要臣服於或太陽、或行星、或衛星,繞著它們轉。

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