广告

爬上山丘的月亮,却变成了行星

了解月球为何绕地球运行,尽管普遍存在关于其绕太阳运行的误解。了解地球的希尔球。

Google NewsGoogle News Preferred Source

新闻简报

注册我们的电子邮件新闻简报,获取最新的科学新闻

注册

补充说明:我已经接续了这篇文章的主题,并逻辑地延伸到了关于冥王星的文章中。

广告

我时不时会收到一些人发来的邮件,试图告诉我月球绕太阳运行的比绕地球运行的要多。表面上看,他们的说法似乎很有道理。例如,他们会说,如果你比较月球绕地球的轨道速度(约1公里/秒)和月球绕太阳的轨道速度(与地球绕太阳的速度相同,约30公里/秒),你会发现月球的轨道总是相对于太阳是凸的;换句话说,它不会像你预期的那样绕太阳形成一个回路。

该图被夸大了;在这种尺度下,月球绕地球和太阳的联合轨道看起来几乎就像一个圆(而且要明确的是,上面的链接并没有说月球绕太阳运行的比绕地球运行的要多,它只是指出了轨道模式)。此外,如果你计算太阳对月球的引力,你会发现它比地球对月球的引力大两倍多!哇。那么月球是绕地球还是绕太阳运行呢?事实证明,尽管有这些说法,它还是绕着地球运行。上述说法是正确的,但在本次争论中并不重要。相反,你必须看一个叫做希尔球的东西。基本上,它是一个物体周围的空间体积,在该空间内,该物体的引力大于一个它绕之运行的、质量更大但更遥远的物体。好的,用通俗的话说——并且与本问题更相关——它是地球周围的一个空间体积,在这个体积内,地球的引力比太阳的引力更重要。如果某个物体在地球希尔球内绕地球运行,它将是地球的卫星,而不是太阳的。数学推导在这里并不太重要(如果你好奇的话,维基百科页面上有),但当你代入数字时,你会发现地球的希尔球半径约为150万公里。月球40万公里的轨道半径使其远远位于地球的希尔球内,所以就是这样。月球绕地球运行的比绕太阳运行的要多。实际上它两者都绕,说它绕一个而不绕另一个 anyway 是很愚蠢的。但那些其他的说法呢?好吧,轨道形状对于这个论证来说 pretty meaningless。对于任何一个围绕行星运行的卫星,只要其轨道半径相对于行星到太阳的距离足够远,你都会得到这种总是凸起的轨道形状。但只要该卫星位于行星的希尔球内,它就更绕行星而不是太阳运行。而且太阳对月球的引力效应比地球强的事实很有趣,但并不相关。为什么不呢?因为太阳同时在拉动地球月球!由于地球和月球距离太阳的距离大致相同(太阳离我们的距离是月球的400倍),太阳引力引起的加速度对月球和地球来说几乎是相同的。这意味着太阳的引力对于使地球和月球作为一个整体绕太阳运行很重要,但它并不影响地球和月球作为一个系统。月球仍然在引力上与地球绑定。你可以这样想:如果太阳消失了,月球仍然会像现在一样绕地球运行。这意味着太阳的引力对地月系统影响不大。反过来说,如果地球消失了,月球也会继续绕太阳运行。这意味着地球的引力对月球绕太阳的轨道影响也不大。现在,如果我们把地月系统移到离太阳更近的地方,那么这一切都开始变得重要。因为最终你会达到一个点,月球轨道的大小相对于地球绕太阳的轨道大小变得显著。在这种情况下,当月球绕地球运行时,当它离太阳最近时,太阳的引力与太阳对地球的引力相比就会变得显著(请记住,现在那个力效应大致相同)。但这正是希尔球概念的运作方式!事实证明,如果你把地球和月球移到离太阳约4000万公里的地方——比水星还近!——那么地球的希尔球将是40万公里,等于月球现在到地球的距离。这意味着月球可能会被太阳从地球上剥离,所以那时你可以说月球绕太阳运行而不是绕地球运行。但在这里,离太阳1.5亿公里远的地方,月球非常舒适地绕着地球运行,谢谢。你可以保留你的凸形轨道和你的力以及其他一切,并将它们作为感兴趣的事项进行检查。但月球将保持同样的方式走出它的轨道,而且它会这样做很长很长时间。

本文中的轨道图来自新加坡国立大学数学系的Helmer Aslaksen的网页。我对其进行了一些修改以便进行比较。你应该阅读那个页面,因为它对月球的轨道形状有非常好的描述。哦,敬请期待,因为在之后的文章中,我将对所有这些内容有更多的说法……

补充说明:在几个地方我用了“力”这个词,但我想说的是“加速度”。我已经修复了,或者用了“效应”这个词。这似乎有点吹毛求疵,但实际上它们在物理学上意味着不同的东西,因此它们的量级,它们效应的大小,都会发生变化。这就是我凌晨4点写东西的后果。

保持好奇

加入我们的列表

订阅我们的每周科学更新

查看我们的 隐私政策

订阅杂志

订阅可享封面价高达六折优惠 《发现》杂志。

订阅
广告

1篇免费文章