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水星那么小,离太阳那么近,为什么没有被太阳吞噬?

2020/7/23 16:21:20 来源:原创 浏览:

水星是太阳系内体积和质量最小的行星,绕太阳公转一圈需要88天。水星距离太阳平均5800万公里,水日之间的距离是太阳直径的42倍,放在广袤无垠的宇宙空间中来看还是蛮近的,它是离太阳最近的一颗行星。虽然离太阳比较近,但由于比较小,在地球表面肉眼不常见。

由于离太阳较近,水星正对太阳的表面温度高达452摄氏度,但这并不足以熔化水星。在太阳风的高速轰击下,表面的一些物质被逐渐剥离,这导致水星上完全没有空气,只剩下一个主要由金属构成的岩体。它大约由70%的金属和30%的硅酸盐组成,平均密度在太阳系八大行星中是第二高的,仅次于地球。

水星离太阳这么近,又这么小,为何没有被太阳吞噬?或者说,为什么没有掉到太阳上?这个问题其实在牛顿时代就已经被解决了,类似的还有“月球为什么没有坠向地球?”。

水星为什么会绕着太阳转?

水星从诞生起就具有一定的速度。宇宙空间几乎完全是真空,广袤无垠,水星的运动几乎不会受到阻力,由于存在巨大的惯性,水星几乎可以永远运动下去。

任何有质量的物体之间都存在相互吸引的力,这个力被称之为万有引力,太阳、地球、水星和月球等天体的运动就与万有引力有关。由于太阳的质量比水星大很多,在太阳引力的作用下,水星的运动轨迹会不断发生改变,就会绕着太阳公转。

实际上是绕着它们的共同质心旋转,不过这个质心在太阳上。如果没有引力,水星将会飞出轨道,在宇宙中漂流。

在17世纪,德国天文学家开普勒就根据第谷等人的观测数据总结出了关于行星运动的初步规律。

水星以近椭圆轨道绕太阳公转,其公转轨道与水星的质量和大小无关,而与两者之间的距离有关。

行星的公转速度会随着公转轨道半径的增加而减小,距离远了,速度慢了,公转周期自然会变长。比如,水星绕太阳公转的平均速度为47.9千米每秒,地球离太阳更远,它绕太阳的平均公转速度为30千米每秒,绕太阳一周大约需要365天。木星是太阳系内最大的行星,距离太阳更远,可公转速度并不快,仅为13千米每秒,而绕太阳公转一周则需要11.86年。

为什么水星没有掉到太阳上被太阳吞噬?

引力的大小由两个天体之间的质量和距离共同决定,距离越近,两个天体之间的质量越大,它们之间的引力就越强。两个天体之间虽然存在引力,但这并不意味着小质量的物体就必然会掉向大质量的物体。

只要速度达到环绕速度,就能够绕着该天体旋转,而不掉向该天体。人造卫星与地球之间的距离就比月球与地球之间的距离更近,但是当人造卫星达到7.9千米每秒时,便不会掉向地面。月球没有撞向地球,水星没有坠向太阳表面,都是这个道理。

太阳系诞生于一片旋转的星云,太阳和八大行星等天体形成之前,它们就具有一定的旋转速度。形成过程中,速度不够的都掉到太阳上去了,八大行星等都是因为拥有足够快的速度,才没有掉到太阳上去,被太阳吞噬。行星自转和公转的动力都继承于该星云。

行星绕恒星的运动过程中,引力提供了向心力,而离心力(一种虚拟力,并不真实存在)的提供者则是行星的运动惯性。当这两个力之间保持平衡,水星的公转轨道也会保持稳定,水星既不会掉到太阳上去,也不会远离太阳。即使把太阳换成黑洞,只要水星的公转速度足够快,没有进入黑洞视界范围,也不会掉进黑洞。

只要速度足够快,还能够摆脱该天体的引力束缚,这个最小的速度被称之为天体表面的逃逸速度。地球表面的逃逸速度又叫做第二宇宙速度,大小为11.2千米每秒,也就是说只要物体的运动速度达到这个速度就能够脱离地球引力的束缚。而对于太阳这样的庞然大物,其表面的逃逸速度高达617.7千米每秒。距离太阳越远,受到太阳引力的影响也就更弱,摆脱太阳引力所需要的速度也就更小。在地球轨道,要摆脱太阳的引力束缚,速度要达到第三宇宙速度,即16.7千米每秒。

即使距离很近,当水星拥有足够快的公转速度,仍然不会被太阳吞噬。不过,水星与太阳的距离不能超过洛希极限。如果距离过近,超过了水星的刚体强度,太阳巨大的潮汐力将会把水星撕碎。

达到一定的速度就不会被吞噬,帕克探测器就是最好的例证

帕克探测器由NASA发射于2018年8月,它是人类发射的距离太阳最近的探测器。其在第一次近日飞行时就打破了阿波罗2号探测器于1976年创下的距离太阳表面4273万公里的纪录,达到了2400万公里。2020年1月,帕克探测器完成了第四次近日飞行任务,距离太阳最近时仅1867万公里。

预计到2024年,帕克太阳探测器距离太阳最近时仅600万公里,到那时,帕克太阳探测器在近日点绕太阳公转的速度将达到200千米每秒,不过那时它也将完成探测使命。如此快的速度,主要是太阳引力的加速作用。

探测器无论是绕地球运动,还是绕太阳运动,在运动过程中的总能量几乎保持不变。当探测器靠近太阳时,引力势能减小,动能就必然会增加,公转速度自然也会加快,这就是探测器在近日点会加速的原因。在这种动态平衡状态下,如果水星距离太阳更近一些,它的公转速度也会更快,这保证了水星不会掉向太阳。

水星的未来

水星的公转轨道并非一成不变,会受到多种因素影响。

水星在太空中运动时并非毫无阻力,会受到其它天体引力的影响,速度会逐渐变慢。而根据广义相对论,引力本质上是时空弯曲,质量越大的物体对时空的弯曲效应越强。水星在绕太阳运动的过程中除了会发生进动现象,还存在引力辐射,水星的动能会被引力波带走。在这些作用的影响下,水星会以螺旋形式逐渐向太阳靠近。

不过,随着太阳的不断燃烧,太阳的质量会减小,引力束缚会变弱,水星的轨道又会向外移。此外,阳光照射到物体表面,会对物体施加一个压力。面对太阳这样的巨大光源,太阳施加的辐射压力也会使水星的轨道向外转移,不过这种影响比较微弱。

在这些影响中,究竟谁强谁弱,并不好判断。

虽然在太阳的有生之年,水星并不会掉到太阳上去,但并不代表水星不会被太阳吞噬。大约在50亿年后,太阳将会衰老死亡,到那时,太阳的体积将会膨胀许多倍,连金星也将会被吞噬掉,水星自然也逃脱不了这个命运。

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看看网友怎么说

未知数307666666:啥叫恰巧,就是设计好的程序

用户99447510330:等烤好了拉过来做月亮呗[呲牙]那时候月亮也该以旧换新了[耶]

用户2137876077012:水星从哪里来?它的初始位置在哪里?它怎么就没有按圆形轨迹公转?

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