我們都被這樣教過:太陽系的地球和其他行星都繞著太陽運轉,而整個太陽系又是繞著銀河系公轉。科學老師有可能教錯嗎?我們所學到的關於物理和引力的知識都是正確的嗎?
地球是否在嚴格意義上繞著太陽運動?
讓我們先從實用性說起,我們所學的並非完全錯誤:地球確實繞著太陽運動。但是從最嚴格的意義上來說——並不是的。
你可能會覺得不可能:似乎這已經過測試、驗證,併成為常識,而且是孩子在小學上的第一節科學課程之一。我們對太陽系的基礎瞭解怎會是錯的呢?——這其實是一個學術問題。
一切有質量的物體都有重力,質量越大重力就越大。太陽和其他行星都有自己的“重力井”,彼此相互作用和牽引。因為有幾個不同的重力井相互作用,這意味著軌道系統(如我們的太陽系)中的一切物體都在系統的質量中心上,這個質量中心被稱為質心。地球、太陽以及太陽系中的其他天體都是圍繞質心運轉——而不是太陽。
質心在哪裡?
在諸如我們太陽系的單恆星系統中,大部分時間(但不是全部時間),質心位於恆星內部的某處。但是巨大的天體(如行星)在軌道上運轉的時候,質心是在不斷變化的。
如果發生不尋常的對齊方式,此時大部分的質量位於恆星的一側,質心就會存在於恆星的半徑之外。例如,我們太陽系中的大塊頭——木星,它與太陽的共同質心實際上是位於太陽表面之外的7%太陽半徑的位置。
而在雙恆星系統的情況中,質心將位於兩星之間;如果兩顆恆星質量不同,質心將會接近質量更大的那一個。
事實上,地球甚至不圍繞當前的質心運轉,它圍繞大概八分鐘前的質心運行。如果太陽突然消失,地球在沿公轉的切線方向飛出去之前,會在當前的軌道上持續運行八分鐘,因為引力不是瞬時的——它的傳播速度幾乎和光速相當。
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