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太阳系拥有8颗行星、大量的矮行星、173颗行星的卫星以及不计其数的小行星 , 它们都围绕太阳有序运行 。
在太阳系所有的天体之中 , 水星无疑是距离太阳最近的 , 它与太阳的平均距离只有5800万公里 , 不仅如此 , 水星还是太阳系八大行星之中最小的一颗 , 直径只有4880千米 , 比月球的3476千米也没大多少 。 就是这样一颗离太阳很近的小个子行星 , 却并未因太阳强大的引力而坠入太阳之中 , 经年累月 , 它始终围绕太阳有序运行 , 这到底是为什么呢?为什么太阳系中所有的天体都要围绕太阳一圈一圈地绕圈玩呢?
这是一个非常有趣的问题 , 在解答这个问题之前 , 我们首先要明确一个天体是否会被太阳所吃掉 , 与它的大小和距离其实并没有直接的关系 。
其实 , 有史以来与太阳最近的东西并不是水星 , 而是2018年8月12日人类所发射的“帕克太阳探测器” , 2021年4月 , 帕克太阳探测器成功穿越了阿尔文临界面 , 进入了太阳大气层之中 。 帕克太阳探测器与太阳的最近距离只有690万公里 , 比水星可是近多了 , 而且它的体积和质量都小得可以忽略不计 , 不是也没有被太阳给吃进去吗?太阳太大了 , 它占据了太阳系物质总量的99.86% , 所以不论是帕克太阳探测器 , 还是水星 , 甚至是地球 , 对于太阳而言都只是一粒质量可以忽略不计的尘埃 , 没有区别 。
那么是否会坠入太阳之中到底和什么有关呢?速度 。
任何拥有质量的物体都具有引力 , 且质量越大 , 引力就越强 , 太阳作为一颗巨大的恒星 , 引力自然也是十分强大的 , 所以要想不被太阳吃掉 , 就要有一股力量来与太阳的引力对抗 。 太阳是一个球体 , 当一个物体在太阳表面水平移动的时候 , 会产生一个离心力 , 这个离心力的方向恰好与指向太阳中心的引力方向相反 , 物体的运动速度越快 , 离心力就越大 , 所以物体也就能在太阳表面飞行更远的距离 , 当物体的运动速度达到一定程度的时候 , 离心力的大小就会与太阳得引力相等 , 此时物体便能够围绕太阳运行而永不坠落 。
如果这个高速运动的物体在太阳的大气层之外 , 由于没有空气阻力 , 速度也就不会下降 , 所以理论上它就可以围绕太阳永恒运行 。
水星就是这样一个高速运动的物体 , 它绕行太阳的平均速度为每秒47.4公里 , 近日点时的最快速度甚至可以达到每秒192公里 , 其所产生的离心力显然超过了太阳的引力 。 这里需要提一下 , 这种解释方式只是为了不让问题变得更为复杂 , 便于理解 , 实际上物理学中并没有离心力的概念 , 所谓的离心力应该表述为“向心力的不足” 。 现在产生了一个新的问题 , 那就是逃逸问题 。 当物体的运动速度足够快时 , 便可以摆脱一个引力场的束缚 , 而太阳系的逃逸速度为每秒16.7千米 , 水星早已超过 , 为什么没有逃逸呢?
太阳系的逃逸速度 , 也就是我们通常所说的“第三宇宙速度” , 为每秒16.7千米 , 这个数字是有前提条件的 。
所谓的第三宇宙速度 , 指的是从地球发射航天器所应具备的初始速度 , 也就是说如果我们想要从地球上发生一枚航天器 , 它如果具备了每秒16.7千米的初始速度就可以摆脱太阳系的引力束缚 , 一举冲出太阳系 , 但引力的大小与距离的平方成反比 , 所以距离太阳越近 , 所需的逃逸速度就越大 , 因此在水星所处的位置 , 逃逸速度并不是每秒16.7千米 。
当一个物体运动所产生的离心力与引力实现平衡之后 , 它便可以永不坠落 , 而当他的速度超越了逃逸速度 , 则会彻底摆脱引力场的束缚 , 那么如果这个物体的运动速度远超与引力对抗所需的速度 , 但是又未能达到逃逸速度 , 会怎么样呢?
【距离这么近太阳都没有吃掉水星,天体为什么要绕圈?这是一种平衡】当一个物体的运动速度刚好与引力实现平衡 , 那么它的轨道理论上应该是一个标准的圆形 , 随着速度的增加 , 它的轨道会趋向于椭圆 , 且这个物体的运动速度越快 , 这个椭圆形的轨道就越椭 , 以太阳系的天体为例 , 就是它们的近日点与远日点差距越大 。 水星就是这样一个天体 , 它的近日点为0.3075个天文单位 , 而远日点为0.4667个天文单位 。
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