為什麼太陽系的行星都是水平公轉太陽,沒有垂直公轉太陽?

2020-11-29 花瞬花逝

貓眼星雲,一顆恆星最終爆炸,周圍的物質向四處噴射。

第一代大恆星終結後,爆炸成為超新星,周圍的物質被噴射到宇宙中。這些星際物質的一部分往往又聚集在一起,形成新的星系,太陽系就是這樣形成的。

我們把這部分物質看做一個有無數質點的質點系,運動中的質點對質量中心都有一個動量矩矢量M(mv),把這些動量矩矢量合成的結果,我們稱為主矩,它確定了一個所在的平面。與主矩所在的平面相垂直的軸,設為z軸。

此圖太陽中心向上的軸為z軸,x、y軸在星系平面內。

當這些宇宙物質聚合成星球時,都向主矩的平面聚合。如前所述,太陽系只有對z軸的動量矩不等於零,對x和y軸的動量矩都等於零。其動量矩定理的數學表達式為:

dΣM(mv)/dt=ΣM(F)

上式左端是質點系對z軸動量矩的和,對時間的一階導數;右端是質點系的外力對z軸取矩的和。如此相當於行星所處的平面,就是主矩所在的平面,太陽和所有行星對z軸動量矩的和,就是主矩。

因為太陽系各星球之間的力為內力,上式右端為零。學過數學就知道,左端ΣM(mv)為一常數,這就是動量矩守恆定理。所以太陽為參考系,太陽和行星繞太陽中心z軸轉動的動量矩不變。也就是說,在太陽系的形成過程中,太陽系總的動量矩即主矩,大小和所在平面始終是不變的。

由前面的敘述可知,太陽系行星的大部分質量,就在和z軸垂直的平面內運動。不會在其他平面內運動,否則對x軸或y軸就有了動量矩,這和簡化的結果不相符。

題目把與z軸垂直的平面稱為水平面,其實在宇宙中是無所謂水平的。

其實太陽系九大行星水平公轉太陽是相當的,而不會垂直公轉是因為力的作用。在萬有引力和離心力的拉扯下,九大行星不得不水平公轉太陽,而且經過時間的磨合,規則越趨穩定。

也就是說都很聽話,各就各位,各行其道,互不幹涉。

其實這些都是相對平面角度來看的,整個太陽系內的十個星體可不是在同一個水平面上。那是天文科學家畫圖時給我們的直觀印象,太陽系是立體的。但是絕對不會是垂直公轉太陽,那樣想像就很可怕,不按照同一個運行規則在太陽系運轉,等待它的將是毀滅,除非是天外星體闖入。

不管是太陽系,還是銀河系,放在整個宇宙空間來看,所有的行星都是水平公轉自己的母恆星吧。這個不絕對,宇宙那麼大,規則也不會一樣。放眼整個浩瀚的星空,太陽應該也算是一個公轉於銀河系的行星了。

那麼,銀河系的星體會不會垂直公轉於某個星系呢?不太可能吧。整個宇宙的運行規則應該是一樣的。

就說我們生活的地球吧,作為一顆星星,水平公轉太陽那麼多年了,還是在四平八穩地運轉著。沒聽說科學家觀察到有什麼異常的舉動,所以說引力和離心力在找平衡的過程中,總是互相牽扯,互相包容,互相消耗彼此的能量。

月亮呢,那麼久了還是老老實實的在為地球照明。也沒聽說怎麼怎麼樣了?都是有其運行規則的。

除非哪一年,每個星體都消耗完了自身的能量,要消失了。什麼樣的規則也不會再起作用了。

相關焦點

  • 地球圍繞太陽轉,為何地軸與公轉平面不垂直?
    自轉軸和公轉平面不垂直的現象,幾乎所有天體都是這樣的,因為在角動量守恆的前提下,沒有任何力量會讓天體的自轉軸和公轉平面趨向於垂直。地球圍繞太陽公轉的平面叫做黃道平面,地球自轉軸和黃道平面存在一個66°34'的夾角,互補角就是黃赤交角23°26',這是地球產生周期性四季變化的原因,正是有了黃赤交角,地球接受太陽輻射更均勻,對地球生命來說有著極其重要的意義。
  • 太陽系當中,八大行星的公轉方向,為何都是一致的?
    太陽系當中,八大行星的公轉方向,為何都是一致的?我們知道在太陽系當中存在八大行星,其中包括水星金星地球火星四顆固態小行星,還有木星土星天王星海王星四顆氣態巨行星——天王星和海王星又由於溫度極低,表面覆蓋一層冰殼,也被定義為氣態巨行星下的冰巨星分類。八大行星圍繞著太陽公轉的同時也在自轉,同時太陽本身也在自轉。
  • 行星、矮行星、小行星、彗星都繞太陽公轉,為什麼名字各不相同?
    在我們的宇宙空間中,有大量的天體存在,包括恆星、行星、矮行星、小行星、衛星、彗星、黑洞、星際物質等等。所有這些天體都處在不停的運動之中,天體之間相互吸引、相互繞轉,從而形成了不同等級的天體系統。太陽是太陽系的中心天體,其他天體,如行星、矮行星、小行星和彗星等都是繞著太陽公轉。
  • 為什麼八大行星繞太陽公轉的方向相同,沒有出現逆向的情況?
    需要從太陽系的誕生講起。早期的星塵就像是一團煙霧一樣,沒有聚集的趨勢,直到在外力影響下(如臨近的超新星爆炸),星塵被推擠壓縮。距離縮短了,引力開始發揮作用,星塵在萬有引力下匯聚成較大的星核。升高到一定程度(1000萬攝氏度以上),便開始發生聚變反應,星核成為初始太陽。外圍的星雲逐漸冷卻下來,在引力作用下凝聚成幾顆行星。行星在各自軌道公轉,不斷吸收沿途遇到的星塵,經歷無數次的撞擊和軌道變更,才形成現在穩定的太陽系。
  • 為什麼太陽系的行星基本都在相同平面上公轉?
    太陽系中的已知八大行星並非在完全相同的一個平面上繞著太陽旋轉,例如,水星的公轉軌道與太陽赤道的夾角約為3.4度,而天王星的約為6.5度。但行星的公轉軌道之間的夾角很小,可以認為它們大致運行在相同的平面上。至於原因,這與太陽系的形成方式有關。
  • 太陽系中為什麼包括太陽在內的大部分天體都是逆時針自轉和公轉?
    如果我們在地球北極的上空,俯瞰整個地球,我們會發現地球不僅在逆時針自轉,還會逆時針繞著太陽公轉!這個特例呢?還是太陽系其他天體的普遍情況?太陽系中的天體為何都在逆時針運動?我們先來看看月球!其實月球也在繞地球逆時針方向運行。
  • 擁有橢圓形公轉軌道的地球,為什麼沒有飛離或撞向太陽?
    比如,在地球的公轉軌道上,明明有近日點和遠日點這樣的特殊位置,那地球為什麼依然存在於我們的太陽系中,而沒有飛離或撞上太陽?地球公轉需要遵循的規律不止一個正如地球的自轉具有特殊的規律一樣,我們生活的這個星球在圍繞太陽進行公轉的時候,同樣也是在一個非實體的軌道上規律性的運行。
  • 地球圍繞太陽公轉一周為一年,太陽圍繞銀河系公轉一周是多久?
    現在看來,太陽系中的各大行星都在自己的軌道上穩定運行著,但在太陽形成初期,太陽系還是一片混亂,不斷有天體撞擊事件的發生。
  • 地球繞著太陽公轉大家都知道,但它為何會公轉?真是上帝推了一把?
    其實地球為什麼不會墜入太陽這個問題挺容易解釋的,也許用中學物理就能解釋清楚,甚至可以用遊樂場的設施來輔助理解,但地球為什麼會繞著太陽轉確實是個難題,牛頓曾經認為是「上帝推了它一把」,真是「上帝」動手了?
  • 為何距離太陽越近,行星的公轉速度就越快?一切都是為了「生存」
    由於角動量守恆的遠離,包括地球在內的八大行星軌道,基本上都處在同一個平面內(可能存在後來的天體撞擊,發生一定的偏折,但總體來說還是近似在同一平面的)。八大行星圍繞太陽公轉的周期是不同的,我們的地球是1儒略年,也就是365.25天;而距離太陽最近的水星,公轉周期是87.97天左右;至於距離太陽最遠的海王星,公轉周期在60327.62天左右,差不多是165年的時間,才能夠圍繞太陽轉一圈。
  • 地球繞太陽公轉,周期為365天。那太陽繞什麼公轉呢?周期又為多少?
    在太陽系的八大行星中,地球由近到遠處於第三的位置,地球自轉一圈的時間大約為24小時,地球繞太陽公轉一圈的時間大約為365天。離太陽越近,公轉周期就會越短,像離太陽最近(大約距離太陽5970萬千米)的水星,它圍繞太陽公轉一周的時間大約為88天。而離太陽最遠(大約距離45億千米太陽)的海王星繞著太陽公轉一周的時間大約為164年。
  • 太陽系有黑洞嗎?它圍繞太陽公轉嗎?
    黑洞家族都有個優秀的品質:不會發光。原初黑洞雖然是個小弟弟,卻也不例外。因此人類無法直接通過光學望遠鏡看到原初黑洞,只能通過引力場效應來推測它的存在。2006年,第26屆國際天文聯合會(IAU)更新行星的定義,正式將冥王星踢出太陽系九大行星的行列,在那之後,太陽系第九大行星就一直虛位以待。
  • 地球等八大行星圍繞太陽公轉,會回到原點嗎,本文揭曉!
    我們都知道地球還有太陽系中的其它七大行星圍繞太陽做圓周運動,它們的運行軌道大多為橢圓形,環繞太陽公轉一周的時間從幾個月到幾十年不等。因此我們不禁有個疑問,地球圍繞太陽公轉會回到原點嗎,或者說轉了一周後會回到之前的初始位置嗎?
  • 行星為何繞太陽公轉?來看看天文學家是如何回答的
    古時候,天文學家們認為所有的天體——太陽,月亮,行星,恆星——都圍繞地球運動,像是鑲嵌在一層層的透明球殼裡。隨著科學的發展,人們能夠更好地認識我們在宇宙中的位置,他們發現所有的行星,包括地球在內,實際上是圍繞著太陽運動的。科學家們不僅發現了行星繞太陽運動,他們也知道了造成這種現象的原因。
  • 地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?
    銀河系尺度下的太陽系運動1 被打破的永恆在說人類發現太陽也在運動的故事之前,先問大家一個問題,什麼是恆星,什麼是行星?當我們向天空望去,會直觀地發現,一天之內太陽和月亮的位置會隨時間不斷發生變化,而夜空中星星的位置卻沒有太大變化。最早古人認為星星的位置是不變的,而日月會在天空周而復始地移動、運轉。不過,這個想法很快就被「打臉」了。
  • 地球在公轉,怎麼證明太陽也在公轉呢?
    審核專家:魯暘筱懿行星物理學博士、國家遙感中心副研究員一年有四季告訴我們地球在圍繞太陽運動。你知道嗎,其實太陽本身也在銀河系裡圍繞著銀河中心運動。那麼,是誰最先發現太陽也在繞圈的呢?他是怎麼向世人證實這一點的?從古至今,人類對星空的認識又有哪些變化?
  • 太陽圍繞銀河系公轉,銀河系又圍繞誰公轉?公轉時間需要多久?
    太陽圍繞銀河系公轉,那銀河系又圍繞誰公轉?公轉時間需要多久?宇宙中的天體按照規律持續運轉,雖然宇宙中天體質量各不不同,但它們都在引力的作用下圍繞著其它天體進行公轉,比如地球一直在圍繞著太陽公轉,而月球則圍繞地球進行公轉,不同星體公轉時間不同。太陽在圍繞銀河系運動,不過太陽公轉一圈時間較長大約需要2.5億年,這讓大家不得不懷疑,難道銀河系就不會圍繞其他星系進行公轉嗎?
  • 地球公轉一周是一年,太陽公轉一周要多長時間,銀河系呢?
    地球公轉一周是一年,太陽公轉一周要多長時間,銀河系呢? 人類將地球自轉一圈,定義為一天,將地球圍繞太陽公轉一圈,定義為一年,一年就是目前地球大約自轉365圈的時間。
  • 太陽也有自轉和公轉,證據如下
    在《地球為什麼一定是球形?》文章中,我們提到地球是球形的原因:在地球自轉和公轉的共同作用下,地球趨近於球形。在我籌備的3651實驗中,會有一個非球體容器盛裝地球成份模擬地球億年演變,作為對比試驗來驗證地球是球形的原因。
  • 小科普:八大行星與太陽的距離與公轉自轉周期,看一遍就能顯擺
    如果有人問你太陽系某顆行星與太陽的距離以及公轉與自轉運行時間,除了地球之外,你都能說出來嗎?估計能說出來的朋友不多,本文告訴大家,記住這些數據,有機會就可以向人顯擺一下了哈。太陽系有八大行星,各大行星繞行太陽運行一周的時間是完全不一樣的,我們的地球與太陽的平均距離為149,600,000千米,也就是一個天文單位,地球圍繞太陽運行一圈的時間是365日5時48分46秒。實際上是比365天多一點的,如果一年按365日安排,那麼四年就會多出23時15分4秒,所以差不多每四年設一個閏年。