行星为什么绕恒星公转
—“地球自转和公转背后的推动力究竟是什么?”长久以来这个问题困扰了许多人。是因为物质在宇宙空间中的运动惯性,还是牛顿第一定律所描述的那样?那么,这种向心力又是从何而来?是否因为岩石被抛入宇宙并被太阳捕获而产生?关于自转,我们或许难以理解其源头。宇宙中是否存在不自转的行星,还是旋转是行星存在的必要条件?
我将这个问题归纳为两个核心疑问:“自转是如何起源的?”以及“是什么力量让行星保持在它们的轨道上运行?”。
关于自转起源的问题,地球围绕太阳的公转和自身的自转,从本质上来说,都可以看作是宇宙物质运动的一种自然结果。
如果你观察一个物体在空中飞行,你会发现让它完全不旋转几乎是不可能的。同样的,对于星云(巨大的气体尘埃云,它们凝结形成恒星和行星)来说也是如此,它们总是不可避免地拥有一定的旋转。
当宇宙中的气体云开始向内坍缩,中心的物质会形成太阳,同时周围会形成一个盘状结构,这个物质盘继续挤压形成行星。这个过程被称为“积聚”,它持续进行。
这个物质团在旋转时,倾向于形成一个球体和一个圆盘。虽然旋转无法完全避免,但是每个行星的转速却有很大差异。例如,木星的一天只有10个地球日,而金星的一天则长达240个地球日。行星的旋转方向和速度是一个复杂的问题,有些行星可能是在由气体和尘埃组成的原始星盘中形成的,这也解释了为什么太阳系中的行星自转和公转的方向几乎一致。
以地球为例,每当清晨6点,你就处于地球的“正面”,这就是地球自转和公转的结果。
一旦这些星云开始旋转,你就会看到太阳系中充满了在不同轨道上运行的大小不一的团块,它们的旋转还在相互影响。例如,地球的卫星——月球,就是当时地球与一个火星大小的撞击的结果,这次撞击将月球“送入”了地球的轨道。这种月球质量造成的潮汐效应,改变了地球自转一天需要的时间。其他一些行星的旋转状态也经历了类似的故事,我们不了解它们的过去,也不知道它们经历了多少改变。
的旋转可以归因于形成它们的星云在未坍缩时就已经在旋转了。而那些不进行轨道旋转的物质则会落入太阳,成为太阳质量的一部分。如果太阳系的所有物质都不旋转,那么现在的太阳会拥有太阳系内99.86%的质量。