距離這麼近太陽都沒有吃掉水星,天體為什麼要繞圈?這是一種平衡

网瘾少女 2022/10/22 檢舉 我要評論

太陽系擁有8顆行星、大量的矮行星、173顆行星的衛星以及不計其數的小行星,它們都圍繞太陽有序運行。

在太陽系所有的天體之中,水星無疑是距離太陽最近的,它與太陽的平均距離只有5800萬公里,不僅如此,水星還是太陽系八大行星之中最小的一顆,直徑只有4880千米,比月球的3476千米也沒大多少。就是這樣一顆離太陽很近的小個子行星,卻并未因太陽強大的引力而墜入太陽之中,經年累月,它始終圍繞太陽有序運行,這到底是為什麼呢?為什麼太陽系中所有的天體都要圍繞太陽一圈一圈地繞圈玩呢?

這是一個非常有趣的問題,在解答這個問題之前,我們首先要明確一個天體是否會被太陽所吃掉,與它的大小和距離其實并沒有直接的關系。

其實,有史以來與太陽最近的東西并不是水星,而是2018年8月12日人類所發射的「帕克太陽探測器」,2021年4月,帕克太陽探測器成功穿越了阿爾文臨界面,進入了太陽大氣層之中。帕克太陽探測器與太陽的最近距離只有690萬公里,比水星可是近多了,而且它的體積和質量都小得可以忽略不計,不是也沒有被太陽給吃進去嗎?太陽太大了,它占據了太陽系物質總量的99.86%,所以不論是帕克太陽探測器,還是水星,甚至是地球,對于太陽而言都只是一粒質量可以忽略不計的塵埃,沒有區別。

那麼是否會墜入太陽之中到底和什麼有關呢?速度。

任何擁有質量的物體都具有引力,且質量越大,引力就越強,太陽作為一顆巨大的恒星,引力自然也是十分強大的,所以要想不被太陽吃掉,就要有一股力量來與太陽的引力對抗。太陽是一個球體,當一個物體在太陽表面水平移動的時候,會產生一個離心力,這個離心力的方向恰好與指向太陽中心的引力方向相反,物體的運動速度越快,離心力就越大,所以物體也就能在太陽表面飛行更遠的距離,當物體的運動速度達到一定程度的時候,離心力的大小就會與太陽的引力相等,此時物體便能夠圍繞太陽運行而永不墜落。

如果這個高速運動的物體在太陽的大氣層之外,由于沒有空氣阻力,速度也就不會下降,所以理論上它就可以圍繞太陽永恒運行。

水星就是這樣一個高速運動的物體,它繞行太陽的平均速度為每秒47.4公里,近日點時的最快速度甚至可以達到每秒192公里,其所產生的離心力顯然超過了太陽的引力。這里需要提一下,這種解釋方式只是為了不讓問題變得更為復雜,便于理解,實際上物理學中并沒有離心力的概念,所謂的離心力應該表述為「向心力的不足」。現在產生了一個新的問題,那就是逃逸問題。當物體的運動速度足夠快時,便可以擺脫一個引力場的束縛,而太陽系的逃逸速度為每秒16.7千米,水星早已超過,為什麼沒有逃逸呢?

太陽系的逃逸速度,也就是我們通常所說的「第三宇宙速度」,為每秒16.7千米,這個數字是有前提條件的。

所謂的第三宇宙速度,指的是從地球發射航天器所應具備的初始速度,也就是說如果我們想要從地球上發生一枚航天器,它如果具備了每秒16.7千米的初始速度就可以擺脫太陽系的引力束縛,一舉沖出太陽系,但引力的大小與距離的平方成反比,所以距離太陽越近,所需的逃逸速度就越大,因此在水星所處的位置,逃逸速度并不是每秒16.7千米。

當一個物體運動所產生的離心力與引力實現平衡之后,它便可以永不墜落,而當他的速度超越了逃逸速度,則會徹底擺脫引力場的束縛,那麼如果這個物體的運動速度遠超與引力對抗所需的速度,但是又未能達到逃逸速度,會怎麼樣呢?

當一個物體的運動速度剛好與引力實現平衡,那麼它的軌道理論上應該是一個標準的圓形,隨著速度的增加,它的軌道會趨向于橢圓,且這個物體的運動速度越快,這個橢圓形的軌道就越橢,以太陽系的天體為例,就是它們的近日點與遠日點差距越大。水星就是這樣一個天體,它的近日點為0.3075個天文單位,而遠日點為0.4667個天文單位。

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