爱读书 探索 这个行星太逆天,竟敢不绕太阳转

这个行星太逆天,竟敢不绕太阳转

教科书告诉我们,太阳系的八大行星围绕着太阳旋转,太阳是太阳系的中心。画成图大致是这样的

这个行星太逆天,竟敢不绕太阳转

于是乎,当我们想象行星绕着太阳旋转的时候,脑子里总是会出现一个类似于旋转木马的模型,太阳似乎被固定在中心,其他行星绕着太阳的中心旋转。

这种解释方式清晰易懂,适合教学,但实际上它有缺陷。这是因为,太阳系里有一个行星并不围绕着太阳旋转,它实际上在绕着太空中的一个看不见的点旋转。

这个行星就是近期流浪地球的“星球演员”——木星。

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是这样的,太阳对行星有引力,行星对太阳也有引力,因此行星绕着太阳旋转时,不动点并不正好是太阳的重心。就比如你和同学互相拉着手转动,不动的那个点既不在你体内,也不在你同学体内,而在你俩之间。

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这个不动点,就叫做质心(barycenter),类似于天平的支点。计算质心的位置在哪里是一个典型的二体问题 ,中学生应该算了不少遍了。谁质量更大,质心就更靠近谁;大家质量差不多,质心就居中。

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就比如在地月系统里,地球和月亮的质心就位于地球半径75%的地方,也就是离地球重心4671千米的地方。

然而对于太阳系除木星以外的其他行星来说,它们的质量相较于太阳可以忽略不计(如地球的质量只有太阳的0.0003%),因此这个质心总是落在太阳体内,接近太阳的重心。

但是呢,木星的质量是其他所有行星加起来的2倍(木星的质量约是太阳的0.1%),因此木星-太阳的质心距离太阳的重心更遥远,约是太阳半径的1.07倍,大概离太阳表面有4.8万千米,比地球的赤道周长还要长,人类卖出的奶茶首尾连起来不知道能不能够到。

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换句话说,木星和太阳都围绕着离太阳表面4.8万千米的这个看不见的点旋转。

那么太阳绕着这个质心的转速有多大呢?

因为木星的引力,太阳围绕着质心的旋转速度是13米/秒。作为比较,太阳围绕地球-太阳系统的质心的旋转速度只有9厘米/秒。木星要花11.8年才能绕太阳一周,而太阳绕质心一周的时间也是11.8年。

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知道了这个知识点又有什么用?

这非常有用。因为太阳和木星围绕着宇宙中的一个看不见的点旋转,因此在其他地方(其他惯性参考系)看来,太阳会微微抖动。

其实,所有的二体系统都会发生这种抖动,而这种抖动也是天文学家发现绕着恒星旋转的大质量太阳系外行星的一种方法。

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从地球上看,如果远处恒星有类似于木星这样的大质量行星,那么它相对于地球的速度就会有周期性的变化。这种变化,会让恒星发出的光一会儿变蓝,一会儿变红。

比如,因为太阳的抖动,太阳光谱——夫琅和费线(Fraunhofer lines)会周期性地一会儿向红光偏移——红移,一会儿向蓝光偏移——蓝移。

其他恒星也是一样,当它们向我们这边抖的时候,它们的夫琅和费线就会蓝移,而当它们抖远的时候,就会红移。这个检测恒星附近行星方法,叫做多普勒抖动(Doppler wobble)。

(来源:科普中国)

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