1、宇宙中会不会出现恒星绕着行星公转的情况？
在我们生活的太阳系中，太阳被认为是中心天体，因为各大行星、小行星、彗星都在绕着太阳公转。但事实上，太阳系中的天体运动要比理想化的情况复杂很多，天体并不是严格绕着太阳公转，尤其是对于木星来说。
太阳的质量很大，整个太阳系99.86%的质量都在太阳身上。正因为如此，太阳可以产生巨大的引力，束缚着太阳系中的天体，迫使天体环绕太阳运动。
尽管其他天体的质量远小于太阳，但它们也会对太阳产生引力作用，从而会影响到太阳的运动，其中木星的影响最为显著。这是因为木星的质量非常高，仅次于太阳。木星的质量约为太阳的千分之一，或者相当于其他七大行星总质量的2.5倍。
太阳的引力作用于木星，迫使木星绕其旋转。反过来，木星的引力作用于太阳，迫使太阳绕其旋转。这样的结果会导致太阳和木星会绕着空间中的同一个点旋转，这个点被称为共同质心。
根据牛顿力学，可以计算出共同质心的所在位置。假设太阳的质量为M，木星的质量为m，太阳中心与木星中心的距离为d（5.2天文单位），太阳中心到共同质心的距离为x，则木星中心到共同质心的距离为d-x。
在太阳和木星绕着共同质心旋转的过程中，它们之间的引力提供了其圆周运动的向心力。虽然木星和太阳以不同的线速度（v）在转动，但它们会同时完成一圈圆周运动，这意味着它们的角速度（ω）是一样的。据此可以列出如下的关系式：
经过化简可得如下的等式：
代入数据，可以算出太阳中心到共同质心的距离约为74.29万公里，而太阳半径约为69.57万公里。因此，太阳与木星的共同质心不在太阳内部，而是在太阳表面之外4.72万公里的地方。木星与太阳的运动方式如下图所示：
因此，从严格意义上来说，木星并不是真的环绕太阳运动。
从上式可以看到，共同质心更加靠近质量更大的天体。如果较大天体的质量足够大，共同质心就会位于较大天体的表面之内，从而让较小天体看起来像是绕着较大天体旋转。
由于地球的质量远小于太阳，两者的共同质心位于太阳内部，但不在太阳的中心。在这种情况下，太阳并非完全静止的，而是会出现摆动现象：
如果两个天体的质量比较接近，它们的共同质心将会靠近两者连线的中点，其运动方式如下：
在太阳系中，冥王星和它的卫星卡戎会以这种方式运动，冥王星的质量仅为卡戎的8.3倍。
那么，宇宙中会不会出现恒星绕着行星公转的情况呢？
宇宙中的各种天体最初都是从星云中诞生的，之所以会产生各种不同的天体，其根本原因在于它们的质量不同。只有质量足够大，达到地球质量的2.4万倍，天体才能启动核聚变反应，从而成为恒星。
因此，恒星的质量始终大于行星，只可能出现行星绕着恒星旋转，或者行星和恒星绕着共同质心旋转，而不会出现恒星绕着行星公转。
2、行星为什么绕着恒星转，是什么力量在操控着呢？
在宇宙天体宏观上起作用的主要是引力，行星、恒星、黑洞旋转都是在引力作用下形成的。
迄今为止，我么这个世界或者说我们这个宇宙，支配其运动的只有四种基本力，即强力、弱力、电磁力、万有引力。
强力和弱力主要作用在极小的微观范围，一般在原子核以下起作用。
电磁力和引力一样，是长程力，理论上可以作用无限远，这种力充斥在我们生活周围，几乎所有以生活和工作有关的事情，都是电磁力起支配作用。
吃饭拉屎放屁走路坐车飞行手机无线电波等等，都是电磁力，各种声波也是电磁力。
130多亿光年距离的星系我们能够观测到、接收到它们的光和各种电波射线，也是电磁力的作用。
而且电磁力的力度很强，强度仅次于强力，是强力的1/137，其传递媒介是光子，所以我们看到的一切，都是电磁力作用的结果。
引力也是长程力，理论上作用无限远。人类发现的第一缕引力波就是从13亿光年远的距离传来。
量子力学认为，传播引力的媒介是引力子，但迄今为止只是猜想，尚没有得到证实。
但引力是四种力中最弱的力，与强力和电磁力甚至弱力的强度完全不可同日而语，相差太远。
引力的强度是强力的10^-39分之一；是电磁力的约10^-38分之一；是弱力的约10^-24分之一。也就是若干亿亿亿亿分之一和亿亿亿分之一。
因此引力虽然“万有”，也就是我和你之间、人和房子桌子等物体之间、甚至蚂蚁与蚂蚁之间都存在万有引力，但由于这个力太小太小，就感觉不到。
但在宇宙天体大质量和大尺度之间，这个引力就充分显示出来了。
所有的天体都受引力支配和约束。
引力大小与质量成正比，与作用双方距离平方成反比，表达式为：F=GMm/r²
式中，F为引力值，单位牛顿（N）；G为引力常量，取值6.67×10^-11N·m²/kg²；M和m为引力相互作用大小天体的质量，单位千克（kg）；r为相互作用天体之间的距离，单位米（m）。
从大的方面来说，整个宇宙膨胀是在暗物质、可见天体、暗能量的引力和张力之间获得平衡，但暗能量的张力更有优势，所以宇宙膨胀依然在高速进行。
从星系、恒星等天体来看，由于引力约束在一起，并围绕着引力源公转。
那么启动行星、恒星、黑洞的旋转之力是怎么形成的呢？
前面说了，万有引力就是任何物体之间都存在着引力，引力的本质就是质量对周边时空形成的扭曲。
过去有关时空扭曲与引力的关系已经多次阐述过，这里就不多讲，有兴趣的朋友可以查看时空通讯原来发表过的这类文章。
任何物体也包括分子和原子之间。而我们这个宇宙中所有可见的天体形成都有一个祖宗，就是分子云。
而分子云的直接儿子就是恒星。所以宇宙中的一切天体都是从恒星开始。
一些以光年计的巨大分子云团在自身引力作用下，会慢慢聚集收缩，遇到超新星大爆炸等宇宙事件的扰动，收缩就会加快。
分子云并不是一个完美的圆形或者质量分布很均匀的形状，它们就像我们看到天上的白云，没有固定形状。
因此分子云在收缩过程中就会发生不平衡，有的地方收缩快，有的地方收缩慢，这样，就会渐渐形成了缓慢的转动。
所以，最开始的转动是由于引力导致收缩的不平衡而发生的。这种转动方向是随机的，但一旦转动起来，就有了方向，在茫茫太空接近真空环境中，就没有什么力量能够阻止了。
这样角动量就形成了，根据角动量守恒定律，物体收缩的越小，转动速度就会越快。
我们看到的冰山芭蕾，表演者开始伸开手和腿大幅度旋转，速度就较慢；但她把手和腿收缩起来，身体就旋转的越来越快。
在地球上，冰山芭蕾的旋转受到空气阻力和冰鞋与冰的阻力，终于会停顿下来；在太空没有阻力和外力状态下，角动量是守恒的，永远也停不下来。
因此，天体的旋转只会越收缩越快。角动量相关理论摘要如下：
角动量就是指物体到原点的位移和动量相关的物理量，在经典力学中，被定义为原点（参考点）到物体质心位移（矢径）与其动量的叉积。
其表达式为：L=rxp=rx（mv）=mr²ω=Iω
式中，L表示角动量，r表示半径大小，v表示线速度，p表示动量，I表示惯性张量，ω表示矢量。
角动量守恒是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。
角动量守恒定律
如果合外力矩零(即M外=0),则L1=L2，即L=常矢量。
这就是说,对一固定点o,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变。这一结论叫做质点角动量守恒定律。
分子云在引力作用下，向中心形成塌缩之势。星云收缩的越来越小，旋转就越来越快。旋转形成了离心力，离心力使旋转方向稳定并形成自转轴，与自转轴呈90度形成赤道，物质向赤道甩出，形成了巨大的恒星吸积盘。
关于离心力的相关理论摘要如下：
相对转动的非惯性系中的物体，所受离心力为F=mω^2r（其中ω表示非惯性系自身转动的角速度）。需要注意的是，该离心力方向为沿半径背离圆心。
F=a*m
F——离心力；
a——向心加速度{a=ω^2*r=(v^2)/r=[4*(π^2)*r/T^2}；
m——物体质量。
（F=a*m本身是牛顿第二定律的公式的应用）
(在上式中ω指物体圆周运动的角速度，r指物体圆周运动的半径，T指物体圆周运动的周期，π指圆周率）
当中心物质坍缩挤压到一个临界点时，比如太阳中心压力达到3000亿个大气压，温度达到1500万K，就会点燃氢核聚变。
就是在强大的压力和温度下，把氢原子核外层电子挤跑了，剩下的原子核就会融合在一起，4个氢核聚合一个氦核，并释放出巨大能量。
核聚变的巨大张力抵消了质量向中心坍缩的压力，一个巨大的稳定的等离子球就形成了，它不断的向太空辐射着巨大的能量，这就是恒星。
这就是恒星旋转推动力的来源，也是恒星一生成就旋转的动因，而且恒星就一直这么旋转下去，指导死亡，再把这种角动量传承给它的尸骸~白矮星、中子星、黑洞。
恒星形成时会吸附掉整个星云中绝大绝大多数的质量，比如太阳就吸附掉形成太阳系这坨星云99.86%的质量。
剩下的一点边边角角残渣余孽就会形成行星和矮行星，以及大大小小的小行星、彗星、星际尘埃。
地球等行星就是通过瓜分这一点点残渣而形成的。除了太阳本身，所有的太阳系天体加起来才占有0.14%的质量，而这点质量又被木星占去了0.1%，其他七大行星带上所有的大小天体才占有太阳系的0.04%，地球只瓜分了0.0003%，可怜不？
这些天体都是在旋转着的吸积盘中形成的，继承了吸积盘的角动量，因此一形成就天然具有围绕着太阳公转的属性，而且轨道基本都在围绕着太阳赤道形成的黄道面附近。
每颗行星的自转一般也继承了吸积盘的动量，但在形成过程中，由于受到形成过程与其他天体摩擦碰撞的影响，自转就有快有慢。
行星在形成过程中，主要的方式是聚集吸收轨道中的各种碎片和尘埃，因此也可以说是在撞击中滚雪球似的越滚越大的，最终把轨道空间的各种“垃圾”都清理干净了，行星就形成了。
在这个过程中，各种撞击都会发生，这些撞击不但影响了行星的自转速度，还会影响主转轴的角度，这就是各种行星形成后自转轴的角度不统一的原因。
行星在形成之后，还会有一些轨道不稳定的小行星甚至行星不守规则，飘来飘去，一旦发生撞击，就会影响行星的运行和自转轴倾角。
如我们地球，在40多亿年前诞生初期，就与一颗相当火星大小的行星相撞，这颗被科学家叫做“忒伊亚”的行星大部分质量都融入了地球，增加了地球约八分之一的质量，而和地球岩浆一起飞到太空的部分质量，最终凝聚成了月球，从此地球形成了地月系统，相依相伴到如今。
地球与“忒伊亚”惊天动地的一撞，把地球的自转轴撞歪了，与黄道形成了一个66°34‘的夹角，这样地球赤道就与黄道有了一个23°26’的夹角，从此太阳直射在地球上的位置就在一个回归线上下移动，冷暖有了变化，广大地域形成了一年四季春夏秋冬的气候。
而且由于地月系统形成的引力潮汐作用，使大海有了涨潮落潮，大气流动更为活跃，为生命的孕育和生存创造了良好条件。
没有这一撞，就没有地球上如此热闹丰富的气候，或许生命就不会产生。
无独有偶，天王星的自转轴倾角是八大行星中最大的，基本是躺在轨道上打滚。
天王星的这种运行状态，有研究认为是被巨大的行星撞倒的，有科学家经过计算，要把天王星撞成这个样子，这颗行星至少有地球2倍大。
现在天王星像个顽皮的孩子，或者说像农村早期的碾子，自转轴躺在轨道平面上，围绕着太阳公转，自转轴与黄道面倾斜角度达到98°。
天王星围绕着太阳公转一圈需要地球年84年，由于天王星这种自转方式，两极就交替对着太阳半年，这样这颗星球的一面就有42年地球年时间对着太阳，42年背着太阳，也就是42年白天，42年黑夜。
由于行星生成过程以及后期的一些不确定性因素，各个行星自转轴与轨道面交角都不同，除上述地球、天王星外，其余行星赤道与轨道面也就是黄道的交角为：
水星28°，金星177 °，火星23.98°，木星3.08°，土星26.73°，海王星28. 8°。
黑洞的自转及其自转轴是继承恒星角动量而来。
现代天体物理学认为，质量大于太阳30倍的恒星，演化到末期发生超新星大爆炸，大爆炸会把恒星未燃烧完的大部分物质抛散到太空中，这些物质会形成再生分子云，等待时机形成新的恒星。
而剩下中心核心的小部分质量，会在极端压力下坍缩形成黑洞。
根据角动量守恒定律，巨大的恒星在大爆炸前是旋转的，大爆炸后的黑洞将继承其角动量，而且体积变得极小，由此转动就变得极快了。
黑洞是天体物质被压缩到自己质量的史瓦西半径以内，最终坠落到中心无限小的奇点上而形成的。黑洞根据质量大小，会在周边形成一个无限曲率的引力场，这个无限曲率范围就叫史瓦西半径。
史瓦西半径的计算公式为：R=2GM/C²
式中，R为史瓦西半径，单位米；G为引力常数；M为天体质量，单位千克；C为光速，取值约300000000米/秒。
根据奥本海默极限理论，最小的黑洞约在太阳的3倍以上，根据公式计算，一个三倍太阳质量的黑洞史瓦西半径约为8856米。也就是说3倍太阳质量的黑洞会在半径8856米一个球半径范围具有无限曲率，任何接近落入这个范围的物质都会有去无回，连光也被吞噬。
所以黑洞是看不见的，人类只能在史瓦西半径之外的边际，这个地方叫事件视界，在这个地方可以看到黑洞巨大引力场对周边天体物质的影响。
这些物质在巨大引力作用下，排着队被黑洞吞噬，这个队形就是围绕着黑洞形成一个高速旋转的吸积盘，旋转线速度会达到光速一半以上，甚至接近光速。
这个速度就是继承了原来恒星的角动量得到的，自转轴和赤道当然也是这样来的。
所以一切天体的公转和自转以及自转轴的形成都是引力导致的。
3、地球一天“奔跑”5200万公里，一直向宇宙深处前行，要去哪儿？
相对论认为世界上的所有物质其实都是处在运动过程中的，就像我们在一艘轮船里一样，尽管说我们感觉到轮船是在静止的，但是实际上它是在海面上运动着的。 宇宙中的天体也是一样的，它们看起来像是静谧太空中的不运动物体，但是却在做着各种形式的运动。而地球也是如此，我们人类站立在地球表面，殊不知它正在通过自身的运动一天奔袭将近 5200万公里 距离。 既然地球运动的距离这么远，那它究竟是要去哪里呢？ 关于直线运动的方式，人们可以通过 自身和其他物体的相对位置改变 来发觉它的运动轨迹，而变速的直线运动方式，则是人类可以通过其他物体的位置变化以及我们自身的感官来判断出来。 而地球的自转恰恰是一种 变速运动方式 ，但是人类却丝毫察觉不到地球的自转运动，这是因为周围的物体和我们的运动 角速度 不一致造成的。 人可以认为自己在转动，但是一旦角速度过于小了，便无法察觉。所以 地球的角速度就是非常小的， 我们无法通过直观的感受去认知这种运动。而且再加上 地心引力 的作用，四周的山川河流、房屋树木都是在一起转动的，我们根本不可能察觉到地球的自转。 除此之外， 宇宙之中的一切天体其实都有自转的运动方式 ，如果说地球不能自转那就违反了宇宙的法则，有科学家研究， 太阳系在成形之前，就是一块自我旋转的星际尘埃 ，地球也是一样。 地球的形成是由于 宇宙的超新星大爆炸 ，当时宇宙中的 氢、氦等以及一些重金属元素尘埃相互凝结 ，最后成为原始地球。
而地球身处在太阳系之中，所以它在物质凝结的过程当中， 角动量不会完全平衡下来，于是自转就开始维持自身的平衡了。 而且地球自转的速度以及角度并非是一成不变的，它也会随着宇宙中各种环境的改变而改变。例如曾经发生在月球的 “忒伊亚大碰撞”事件 以及“ 引力摄动 “等情况都会导致地球的运动发生变化。 地球的自转轴是自西向东，不同的角度看地球的自转也会有不同的转动方向，如果说你在北极的上空看地球旋转的话，那么地球就是逆时针旋转的，而在南极就是顺时针了。 地球为什么会围绕着太阳进行公转呢？其实这个问题就相当于是为什么天上的星星不会掉下来一样，主要是 引力 的原因，宇宙之中会有来自不同方向的万有引力存在。 万有引力的原理就是 宇宙中一切物体都是通过相互吸引从而发生公转的 ，太阳的质量是地球质量的 33倍 ，所以地球会始终以太阳为中心原点进行转动。 而公转的轨道并不是圆形的，而是一种 椭圆形状 。很多人认为质量比较小的天体一定会围绕大的天体进行转动，这种说法明显有失偏颇。
如果说只是看体积的话，木星的体积就要比太阳大的多，那为什么不去围绕木星进行旋转呢？以地球为例， 地球的旋转其实是围绕着太阳的公共质心所进行的 。 星球的公转位置不同便会导致太阳的公共质心有所不同，地球的公共质心在太阳的内部，而木星等体积比较大的星球所处的公共质心则是在太阳的表面之上。 我们地球所处的银河系其实和木星系群是一起在 围绕着室女座超星的中心位置做旋转运动 的。但是这种运动非常漫长，银河系公转一圈大概就需要耗费接近 1000亿年 的时间，而室女座超星系团内部就存在着类似 100多个木星系群 。 并且还有科学家认为其实宇宙也是在进行旋转的，他们觉得我们所在的宇宙只是大宇宙的一个小组成部分，在这些小宇宙外还有更多的宇宙存在。 有一些科学家估算，地球每天会在茫茫宇宙中狂奔5200多公里，那么这样说的依据又是什么呢？这里并不是说地球单独在向前狂奔着，而是说 地球所处的银河系正在以极快的速度向前冲刺， 因此在银河内的所有星球都是被银河系裹挟着运动的。 由于银河系自身的公转，使得太阳系被迫进行转动，而太阳系的运动速度接近 每秒220公里 ，银河系的运转速度则超过即 600公里每秒 ，所以可想而知在内部的地球已经走过多远的距离了。 要弄清楚地球的奔袭方向就首先要知道 银河系的运动方向 。在1986年的时候，就有天文学家发现了一个距离银河系差不多 2.5亿光年 位置的“ 巨引源 ”，它处于本超星系团中，而且 质量几乎是银河系的3000多倍 。 巨引源是一处神秘的地方，直到现在人们都无法真正了解它的引力是来自何方，其引力之大，甚至是距离几亿光年外的星系也会受到它的影响。 巨引源是 在长蛇座和半人马座的方向 ，所以 地球最终所走向的位置应该也是巨引源所处的地点 了。不仅如此，那个方向其实是 大量老星系 所存在的方向，并且那里的星系运动毫无规律可循，甚至 经常发生相互碰撞 的事情，从而产生出大量的 无线电波 。
甚至有人还认为 巨引源其实就是宇宙的中心点 。星系自身由于宇宙辐射背景产生的自身运动被称为是 本动 ，但是这种本动实际上是退行的，而红移恰恰可以回答这种现象。 现在科学家们都认为宇宙虽然很大，但是其组成部分无非就是 普通物质和暗物质以及暗能量 。而正是因为 暗能量在宇宙中的占比是最大的 ，而且还会迸发出许多强大的能量，所以才会使得宇宙能够持续膨胀下去。 巨引源也 不是指一种具体的天体 ，我们可以将它想象成一个巨大的星系，随着宇宙暗物质的释放，星际空间便会扩大，而天体和天体之间的位置就会越来越稀疏。 所以巨引源也是不例外的， 宇宙膨胀 也会导致巨引源内部星系的密度发生一些变化，甚至是 膨胀力量使得巨引源被瓦解成若干个小的引力源。 实际上巨引源并不会一直存在下去，因为从宇宙的宏观范围来看， 星系所产的引力只会对1亿光年以下的距离有吸引作用 ，而距离1亿光年以外的星系来说， 暗能量产生的排斥力就会远远大于巨引源的引力 ，所以巨引源在最后可能会被瓦解。 由此也可以看出， 银河系最终并不会和巨引源相互融合。 而宇宙膨胀的发现是上个90年代所研究出来的，但是早在爱因斯坦的那个时期，就曾预言了宇宙暗物质的存在，致使苦于没有切实的证据能够证明暗物质的真实性，所以这个学说一直没有被定性。 甚至在当时，爱因斯坦还支持 稳恒态宇宙模型 ，在他的广义相对论中便加入了 宇宙常数 ，以此来抵抗万有引力在宏观条件下对于宇宙中天体的影响。 宇宙暗物质是一种特殊的物质，已经超出了人类的认知范围。暗物质根据模拟出来的形象， 它的体积要比电子和光子要小一些，自身不会携带电荷， 所以不会和电子产生任何关联。除此之外， 暗物质还可以直接穿过电磁波以及宇宙中的各种能量场地。 之所以称它为暗物质是因为 它本身用肉眼无法辨别出来，既不会发光也不会反光 。并且暗物质的能量是我们人类已知最强能量的 5倍 多，而且 宇宙想要维持它自身的平衡就必须要暗物质的来支撑。
人类对于暗物质的研究一直没有中断过，从上个世纪70年代以来，科学家们在观测宇宙天体中，并没有发现大型天体之间的常规物质，于是 暗物质是宇宙一切能量支撑 的说法逐渐被认同了。 暗物质最初只是存在于天文理论中，直到现在科学家已经能观测出暗物质在宇宙中的占比情况了。而暗物质之所以不能看见的原因是在于 它无法和光联系在一起。 根据研究表明这3个电粒子性质各有不同，一个是 质子 而另外一个就是 负介子 ，还有一个是只存在 0.046纳秒 的带电粒子，而且其能量居然有 430亿 带电粒子。如果说这些物质就是暗物质的形式，也不是不可能的。 如果一颗巨大的恒星走到了生命的尽头，那么跟随它一同旋转的行星最终也会受到影响从而毁灭，所以地球最后的结局可能也是如此。根据科学家的估计，50亿年后，太阳产生能量的氢气便会被耗尽，从而成为一颗巨大的 红巨星 。 当太阳成为红巨星后，首先受到危害的就是 水星和金星 了，它们会先后被太阳所吞噬掉，其他行星也会逐渐远离现在运行的轨道。 而到那个时候 地球恰好处于太阳的边缘位置 ，所以很多人认为，即便是地球没有被太阳所吞噬，但是依旧顶不住强烈的高温。 地球上的生物包括人类在内都会被烤成焦土，所以我们的后代子孙必须要在太阳红巨星时代到来前去寻找另外适合生存的星球。 而当太阳成为红巨星的几百万年后的时间里，就会发生爆炸而成为一颗 超新星 ，地球的命运可能就真正 毁灭于太阳的爆炸 了。
尽管说人类 探索 宇宙的历程非常短暂，还不到200年的时间，但是已经有一些探测器能够发射到火星之上，开展勘探工作了。而且我国在 天文探测 上也取得了非常大的成就。 中国天眼 是世界上最大的天文观测站，并且也收到了很多关于外太空的信号。不仅如此，此前成功发射的 神舟十二号 ，也顺利完成了航天任务。我相信，在未来的某一天里，人类一定可以利用自己的技术飞往更适宜居住的星球上去。
4、卡西尼土星探测器为什么要飞越金星加速，而且还两次飞越金星，并还再次飞越地球？
卡西尼探测器两次飞跃金星，为的是利用重力弹弓效应节省燃料。
这个飞行器目的地是到达太阳系的外行星，如果直接飞向目标天体，还需要克服太阳引力的影响，而利用重力弹弓效应，则提供了一个无需附加燃料即可为飞行器加速的方法。
微信扫一扫 
支付宝扫一扫 
