一颗“个子”如此小的行星,运行在离太阳那么近的位置上,似乎很容易被太阳的引力吸过去,但显而易见的是,这样的事情并没有发生。那么问题就来了,水星那么小,离太阳又那么近,为什么至今都没有被太阳吞噬呢?要回答这个问题,我们需要先来看看太阳系的各大行星的运行状态。
从上图中我们可以看到,八大行星围绕太阳公转的速度是很有规律的,具体表现在距离太阳越近,行星公转的速度就越快。
观测数据显示,海王星平均公转速度只有5.43公里/秒,天王星次之,其平均公转速度就要高一些,为6.81公里/秒,而土星、木星、火星、地球以及金星的平均公转速度分别为9.64公里/秒、13.06公里/秒、24.13公里/秒、29.78公里/秒和35.03公里/秒,到了水星这里,其平均公转速度已经高达47.89公里/秒了。为什么会存在这样的现象呢?
其实我们可以简单地认为,天体在围绕太阳运行的过程中会一直受到两种力的作用,其中的一种是太阳的引力,它的作用是让行星向太阳坠落,而另一种则是“离心力”,它由行星的公转运动产生,其作用是让行星远离太阳。很明显,当这两种力达到平衡的时候,天体就会稳定地围绕着太阳公转,而不会被太阳吞噬。
需要注意的是,“离心力”是为了让牛顿运动定律能够在旋转参考系(非惯性参考系)使用而引入的一种虚拟力,它其实是惯性的体现。“离心力”的大小可以通过公式F=mω^2r来计算,其中ω代表物体的旋转速度,而m和r则分别代表物体的质量以及物体和旋转中心之间的距离。
据此我们可以得出,行星的公转速度越快,其产生的“离心力”就越大,而这个“离心力”正是行星不被太阳吞噬的重要原因。水星当然也是属于这种情况,虽然水星那么小,离太阳又那么近,可以说就在太阳的“眼皮子底下”,但是由于水星的公转速度很快,所受到的“离心力”也就很强,因此它就可以稳定地围绕着太阳公转,至今都没有被太阳吞噬。
看到这里或许有人会产生一个疑问,即为什么太阳系会如此有条不紊地运行,各大天体都在以特定的速度稳定地围绕着太阳公转,难道太阳系真的是出于某种设计?答案当然是否定的,因为我们现在看到的太阳系,其实是经过了大约46亿年的漫长时间演化出来的。
在太阳系的演化过程中,当一个围绕太阳运行的天体受到的“离心力”比太阳的引力大时(公转速度较快),它就会远离太阳,此时它的公转轨道半径就会增加,从而导致其公转速度减慢;而当它受到的“离心力”比太阳的引力小时(公转速度较慢),它就会向太阳靠近,此时它的公转轨道半径就会减小,从而导致其公转速度提高。由此可见,这种动态的调整能够让这两种力最终达到平衡。
除此之外,在早期的太阳系里还有一些情况发生,比如说假如某个天体的运动方向刚好是对准了太阳,或者它的公转速度非常低,即使是降低了轨道也无法换来足够强的“离心力”,那么它最终就会被太阳吞噬;而假如某个天体的速度极快,那么太阳的引力就无法束缚住它,在这种情况下,这个天体就会直接飞出太阳系。
一颗被太阳吞噬的彗星
值得一提的是,太阳系中存在着大量的小天体,由于它们的质量很小,其运行轨道很容易受到其他天体的引力干扰,因此它们中就会时不时地出现一些“不守规矩”的个体,在这种情况下,假如它们没有足够的速度离开太阳系,那么等待它们的命运,就很可能是被太阳吞噬。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家