1、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。
2、地球(水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星)公转轨道面与太阳赤道面的夹角是多少?
如题,请网友看清题目再回答,谢谢!
3、我想知道我的月亮星座上升星座.
我,女,出生地点山东省文登市(属于威海),1986年09月05日,阴历是8月初二,时间是下午14:15分。我想知道我的推算金星星座,月亮星座,上升星座等。谢谢!
4、金星、木星、水星、火星、地球、天王星、海王星的特点
水星】
英文名:Mercury
水星最接近太阳,是太阳系中最小的行星。水星在直径上小于木卫三和土卫六,但它更重。
水星基本参数:
轨道半长径: 5791万 千米 (0.38 天文单位)
公转周期: 87.70 天
平均轨道速度: 47.89 千米/每秒
轨道偏心率: 0.206
轨道倾角: 7.0 度
行星赤道半径: 2440 千米
质量(地球质量=1): 0.0553
密度: 5.43 克/立方厘米
自转周期: 58.65 日
卫星数: 无
公转轨道: 距太阳 57,910,000 千米 (0.38 天文单位)
【金星】
英文名:Venus
八大行星之一,中国古代称之为太白或太白金星。它有时是晨星,黎明前出现在东方天空,被称为“启明”;有时是昏星,黄昏后出现在西方天空,被称为 “长庚”。金星是全天中除太阳和月亮外最亮的星,犹如一颗耀眼的钻石,于是古希腊人称它为阿佛洛狄忒(Aphrodite)–爱与美的女神,而罗马人则称它为维纳斯(Venus)–美神。
金星基本参数
公转周期: 224.701天
平均轨道速度: 35.03 千米/每秒
轨道偏心率: 0.007
轨道倾角: 3.4 度
赤道直径: 12,103.6千米
质量(地球质量=1): 0.8150
密度: 5.24 克/立方厘米
自转周期: 243.01 日
卫星数量: 0
公转半径: 108,208,930 km(0.72 天文单位)
表面面积 4.6亿 平方千米
表面引力 8.78 m/s2
自传时间 -243.02天
逃逸速度 10.4 千米/秒
表面温度 最低 平均 最高
【地球】
英文:earth
地球是距太阳第三颗,也是第五大行星:
轨道半径: 149,600,000 千米 (离太阳1.00 天文单位)
行星直径: 12,756.3 千米
质量: 5.9736e24 千克
赤道引力(地球=1) 1.00
逃逸速度(公里/秒) 11.2
自转周期(日) 0.9973
黄赤交角(度) 23.26
反照率 0.30
地球是唯一一个不是从希腊或罗马神话中得到的名字。Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus-肥沃的土地(希腊语:Gaia, 大地母亲)
直到16世纪哥白尼时代人们才明白地球只是一颗行星。
地球,当然不需要飞行器即可被观测,然而我们直到二十世纪才有了整个行星的地图。由空间拍到的图片应具有合理的重要性;举例来说,它们大大帮助了气象预报及暴风雨跟踪预报。它们真是与众不同的漂亮啊!
地球由于不同的化学成分与地震性质被分为不同的岩层(深度-千米):
0- 40 地壳
40- 400 Upper mantle – 上地幔
400- 650 Transition region – 过渡区域
650-2700 Lower mantle – 下地幔
2890-5150 Outer core – 外核
5150-6378 Inner core – 内核
地壳的厚度不同,海洋处较薄,大洲下较厚。内核与地壳为实体;外核与地幔层为流体。不同的层由不连续断面分割开,这由地震数据得到;其中最有名的有数地壳与上地幔间的莫霍面-不连续断面了。
地球的大部分质量集中在地幔,剩下的大部分在地核;我们所居住的只是整体的一个小部分(下列数值×10e24千克):
大气 = 0.0000051
海洋 = 0.0014
地壳 = 0.026
地幔 = 4.043
外地核 = 1.835
内地核 = 0.09675
地核可能大多由铁构成(或镍/铁),虽然也有可能是一些较轻的物质。地核中心的温度可能高达7500K,比太阳表面还热;下地幔可能由硅,镁,氧和一些铁,钙,铝构成;上地幔大多由olivene,pyroxene(铁/镁硅酸盐),钙,铝构成。我们知道这些金属都来自于地震;上地幔的样本到达了地表,就像火山喷出岩浆,但地球的大部分还是难以接近的。地壳主要由石英(硅的氧化物)和类长石的其他硅酸盐构成。就整体看,地球的化学元素组成为:
34.6% 铁
29.5% 氧
15.2% 硅
12.7% 镁
2.4% 镍
1.9% 硫
0.05% 钛
地球是太阳系中密度最大的星体。
【火星】
英文名: Mars
火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
火星基本参数:
轨道半长径: 22794万 千米 (1.52 天文单位)
公转周期: 686.98 日
平均轨道速度: 24.13 千米/每秒
轨道偏心率: 0.093
轨道倾角: 1.8 度
行星赤道半径: 3398 千米
质量(地球质量=1): 0.1074
密度: 3.94 克/立方厘米
自转周期: 1.026 日
卫星数: 2
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
【木星】
英文名: Jupiter
木星是离太阳第五颗行星,而且是最大的一颗,比所有其他的行星的合质量大2倍(地球的318倍)。
公转轨道: 距太阳 778,330,000 千米 (5.20 天文单位)
行星直径: 142,984 千米 (赤道)
质量: 1.900e27 千克
木星(a.k.a. Jove; 希腊人称之为 宙斯)是上帝之王,奥林匹斯山的统治者和罗马国的保护人,它是Cronus(土星)的儿子。
【土星】
英文名: Saturn
土星是离太阳第六远的行星,也是八大行星中第二大的行星:
公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)
卫星直径: 120,536 千米 (赤道)
质量: 5.68e26 千克
在罗马神话中,土星(Saturn)是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和该亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。
【天王星】
英文名: Uranus
天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比其小。
公转轨道: 距太阳2,870,990,000 千米 (19.218 天文单位)
行星直径: 51,118 千米(赤道)
质量: 8.683e25 千克
【海王星】
英文名: Neptune
海王星是环绕太阳运行的第八颗行星,也是太阳系中第四大天体(直径上)。海王星在直径上小于天王星,但质量比它大。
公转轨道: 距太阳 4,504,000,000 千米 (30.06 天文单位)
行星直径: 49,532 千米(赤道)
质量: 1.0247e26 千克
在古罗马神话中海王星(古希腊神话:波塞冬(Poseidon))代表海神。
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