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八大行星轨道为何如此间隔

2022-11-15 23:43 作者:志国评天下  | 我要投稿

八大行星轨道为何如此间隔

太阳系八大行星轨道各行其是,有序运行,其主要间隔原理是什么呢?当然,偶然性因素是必不可少的,八大行星轨道的形成,受到一定的偶然性因素影响是很正常的。偶然性因素是宇宙万物的永恒影响因素。当然,也确实有一些重要的因素在影响着八大行星的产生或轨道的产生。以下我们探讨一些。

我们看看八大行星轨道的数据,我们似乎就可以建立一些感觉。比如,八大行星轨道的间距似乎有逐渐扩大的趋势,这可以让我们产生灵感。这会不会与轨道之间的势能差异有关啊?距离太阳越远,受到的太阳引力就越小,只有更宽的轨道距离,才能实现类似的引力势能间隔。还真有这个道理呢!

我们还知道,距离太阳越远,轨道天体的环绕速度就越小。而这个环绕速度似乎也会影响轨道间距,好了,这个想法很好,确实有影响。

实际上,太阳系八大行星的轨道间距就是由这两个因素决定的。再有一些偶然性因素的影响,就决定了我们太阳系八大行星的轨道间隔现状。

我们找出引力势能公式,E=-GMm/r,其中的负号是由我们选取的引力势能零点决定的,这是选择无穷远处的引力势能为零,在有限的距离内,引力势能当然为负了。对于能量来说,这个负号没有什么意义,我们可以去掉。两个轨道之间的引力势能差,就是两个相邻轨道之间的势能差。这个势能差的大小决定了束缚轨道内运动物质的能力大小。而轨道内运动物质的速度大小是由轨道位置的环绕速度决定的。因此,轨道内想束缚较多运动物质,就需要轨道拥有的势能差接近轨道位置的环绕速度大小。这样才能把天体物质比较稳定地束缚到轨道内,进而逐渐发育出较大的天体。

我们找一下环绕速度公式,V=√(GM/r),大家可以根据向心力公式与万有引力公式算出来,对于太阳系的环绕速度来说,G就是万有引力常数,M是太阳质量,r是环绕太阳的天体距离太阳中心的半径。对于质量为m的天体,其环绕太阳公转所拥有的动能是E动=0.5(GMm)/r。

距离太阳最近的水星轨道平均距离太阳0.38天文单位,0.57亿千米。金星距离太阳是0.72天文单位,1.08亿千米,水星轨道到金星轨道的距离是0.34天文单位。地球距离太阳是1天文单位,地球轨道距离金星0.28天文单位。火星距离太阳1.52天文单位,地球轨道距离火星0.52天文单位。小行星带距离太阳2.17到3.64天文单位,火星距离小行星带距离大致是1个天文单位。木星距离太阳5.2天文单位,土星距离太阳9.54天文单位,二者相距离4.52天文单位。天王星距离太阳19.218天文单位,距离土地轨道9.678天文单位,海王星距离太阳30.06天文单位,与天王星轨道相距10.842天文单位。

质量为m的天体在水星轨道的引力势能是E=-GMm/r,r=0.57亿千米。质量为m的天体在金星轨道的引力势能是E=-GMm/r1,r1=1.08亿千米。金星轨道与水星轨道的引力势能差是GMm/r-GMm/r1=GMm(1/r-1/r1),金星轨道与水星轨道的环绕速度对应的环绕动能分别是0.5GMm/r和0.5GMm/r1。可以看到各个轨道的环绕动能是引力势能的二分之一。两个轨道的引力势能差接近内轨道,也就是接近引力势能大的那个轨道所对应的环绕动能的时候,这两个轨道比较接近实际情况。

我已经全部算过具体的数据了,在这里我就不再一一表达出来了。可以自己亲自算一算。结论是;八大行星中,相邻行星轨道的间距所蕴含的引力势能差,接近这两个相邻轨道中,距离太阳近的那个轨道位置对应的环绕动能。这就是成熟的八大行星轨道的间距情况,此时,不要忘了小行星带,毕竟,小行星带也曾经发育了一颗大行星。只是后来发生了不幸的碰撞事件,撞碎了。此时,木星已经发育壮大,引力干扰小行星带碎片的融合,小行星带碎片再想融合到一起,几乎不可能了。

小行星带的初始行星与八大行星几乎都是在同一时间开始发育的,在太阳系前期,那时木星与土星并不特别大。后来类地行星与小行星带的初始行星生长缓慢,而木星与土星依然依靠广阔的轨道空间,快速生长,质量悬殊逐渐加大。行星质量越大,引力效应就越大,此时会产生马太效应,木星与土地进一步加速增大,进一步拉大了类地行星与小行星带初始行星的质量差异。

我们地球也曾经有过类似小行星带初始行星的遭遇,可能只是由于碰撞的不太过分,或者是由于地球附近没有特别大的行星,才能逐渐愈合。碰撞出的物质形成了大大的月球,大部分碰撞出的物质,依然回到了地球。如果,地球附近有质量很大的行星,也许地球再也没有机会聚合到一起了,会成为另一个小行星带。

根据数据,我们可以感觉到,地球轨道距离金星轨道的距离有些近,这是八大行星轨道变化比较特殊的地方,属于不正常现象。为何如此呢?难道与拥有一个质量较大的邻居金星有关吗?二者具有相互拉近的趋势,二者的引力,拉近了相互的距离。日积月累,促使地球与金星距离较近。水星距离金星相对有些远,这也是不太正常的现象。当然,我们已经说了,就是地球与金星相互拉近所致。让金星与水星的距离逐渐拉远了。



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