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月球繞著地球旋轉,轉一圈的時間大約為27.3天;地球繞著太陽旋轉,轉一圈的時間為1年;那麼,太陽又繞著什麼旋轉,轉一圈需要多長時間呢?
在宇宙中,沒有天體是絕對靜止的,它們都會存在某種方式的運動,這可以通過牛頓力學來描述。宇宙中的天體之間都存在引力作用,如果沒有通過某種作用來抵抗引力,天體之間將會發生碰撞。但在現實中,質量較小的天體會繞著較大的天體旋轉,萬有引力充當了圓周運動的向心力,所以天體系統可以長時間穩定存在。要知道,太陽系已經存在了46億年。
在地月系統中,地球的質量遠大於月球,所以地球的引力會束縛著月球,使月球不斷繞著地球旋轉。在太陽系中,太陽的質量遠高於其他行星、衛星以及各種小天體,所以地球以及其他行星都會被太陽的引力束縛住,並繞其旋轉。
同樣地,太陽也有公轉運動。在銀河系中,分布著超過1000億顆恆星,如果恆星沒有公轉運動,銀河系早就亂成一鍋粥。不過,太陽以及其他恆星的公轉運動比較不同,不是繞著某個天體旋轉。因為銀河系的質量非常大,沒有什麼天體有足夠大的引力來束縛住整個星系。
銀河系中的所有天體產生了一個共同的引力中心,它就位於銀河系中心,這也是銀心之所以為銀心的緣故。太陽以及其他恆星都是繞著銀河系的引力中心旋轉。
雖然銀心中有一個超大質量黑洞——人馬座A*,但太陽以及其他恆星並不是受到這個黑洞的引力作用而繞銀心公轉。與整個銀河系的質量相比,人馬座A*的質量是微不足道的,它只有銀河系總質量的百萬分之四。真正因為受到人馬座A*的引力作用而繞其旋轉的恆星都離黑洞非常近,目前只發現了幾十顆,天文學家正是通過分析這些特殊恆星的運動來研究銀心超大質量黑洞。
那麼,太陽環繞銀河系中心旋轉一圈需要多長時間?
銀河系的半徑約為5萬光年,太陽距離銀心約2.6萬光年,太陽軌道內部的銀河系質量約為太陽質量的1000億倍。太陽的公轉運動也符合克卜勒行星運動定律,所以可以根據克卜勒第三定律:
其中T為太陽的軌道周期,即環繞銀心公轉一圈的時間;r為太陽的軌道半徑,即太陽與銀心的距離;G為萬有引力常數;M為中心天體質量,這裡是太陽軌道內部的銀河系質量。
代入數據,可以算出太陽環繞銀心旋轉一圈需要大約2.1億年的時間。考慮到太陽目前的年齡為46億年,所以太陽繞著銀心才轉了不到22圈,太陽才過了不到22個銀河年。
另外,根據圓周運動規律,太陽在銀河系中的公轉速度可達230公裡/秒。雖然太陽以這麼快的速度在星際空間中飛奔,但銀河系實在太大了,轉一圈需要非常漫長的時間。