问题

宇宙中有没有恒星围行星转?

回答
这个问题很有趣,而且触及到了宇宙基本运作规律的核心。简单来说,宇宙中确实存在“恒星围行星转”的现象,但这说法需要更精确的理解。

我们通常理解的“行星围绕恒星转”,是因为恒星的质量远远大于行星,它们之间存在着万有引力。这种引力使得质量较小的行星被质量较大的恒星束缚,并沿着椭圆轨道运动。

那么,我们该如何理解“恒星围行星转”呢?这里的关键在于我们描述的“中心”。

1. 共同的质心:万有引力的本质

牛顿的万有引力定律告诉我们,任何两个有质量的物体之间都存在相互吸引的力。这个力的大小与它们质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比。更重要的是,这个力是相互的。

所以,当我们说地球围绕太阳转时,严格来说,是地球和太阳这个系统,它们有一个共同的“质心”(也称为重心或质量中心)。由于太阳的质量是地球的约33万倍,这个质心非常非常靠近太阳的中心,甚至可能在太阳的内部。因此,我们直观地感觉是地球在绕着太阳转。

但是,从物理学的角度来看,太阳也会受到地球引力的影响,也会围绕着这个共同的质心运动。 不过,由于太阳质量巨大,它的运动轨迹会非常非常小,小到我们难以察觉,但它确实存在。所以,从这个层面来讲,你可以说太阳也在围绕着那个由太阳和地球共同确定的质心运动。只不过,这个“质心”更靠近太阳。

2. 双星系统与行星的复杂关系

在宇宙中,并非所有恒星都有一个孤零零的行星围绕它转。双星系统非常普遍,即两颗恒星互相绕着对方旋转。在这种情况下,这两颗恒星会围绕着它们共同的质心运动。

那么,如果在这样的双星系统中,其中一颗恒星还伴随着行星呢?情况就变得复杂而有趣了:

行星围绕双星的共同质心转: 这是最常见的情况。如果行星的质量相对于两颗恒星的总质量来说非常小,那么它就会像绕着一颗“合并的”大质量中心一样运动。这个中心就是这两颗恒星的共同质心。
行星围绕其中一颗恒星转,同时该恒星也受另一颗恒星和行星的影响: 这种情况下,行星主要还是受离它更近、质量更大的那颗恒星的引力主导。但同时,另一颗恒星的引力也会对其轨道产生扰动,使其轨道不是一个简单的椭圆,而是更复杂的。反过来,这颗主导恒星也会受到它所绕的行星以及另一颗恒星的引力影响,围绕着系统整体的质心运动。

你可以想象一下一个场景:

假设有一颗质量是太阳两倍的恒星(我们称之为“巨星”),和一颗质量接近太阳的“伴星”。它们俩互相绕着对方转,有一个共同的质心。现在,如果在这对双星系统的外围,有一颗行星(质量可能是地球的几倍),它的轨道会相对稳定地围绕着这两颗恒星的整体来旋转。

但如果这颗行星恰好离“巨星”非常近,那么它主要会围绕“巨星”转。这时,“巨星”会因为行星的引力而轻微摆动,同时它与“伴星”的互相引力又会导致它围绕着那个三者共同的质心做更复杂的运动。而“伴星”也会受到“巨星”和行星的综合引力影响,围绕着系统最中心的质心运动。

在这种复杂的系统中,描述“恒星围行星转”就变得更为贴切了。并非是行星大到足以拉动恒星,而是整个系统中的天体都在围绕一个共同的、动态变化的质心进行着相互的运动。

总结来说:

“恒星围行星转”并非指行星拥有能够将恒星“拉”到它轨道上的能力。而是从万有引力的角度来看,任何有质量的物体都会相互施加引力,并因此围绕着一个共同的质心运动。

在最常见的“行星绕恒星”场景中,恒星质量远大于行星,所以质心非常靠近恒星,我们感觉是行星在绕恒星转。
在双星系统及其伴随行星的复杂系统中,“恒星”的确可能是在围绕着一个由它自身、其伴星以及行星共同决定的质心运动。 并且,这个质心在某些情况下,可能更接近那颗质量相对较小的行星,从而使我们有一种“恒星围行星转”的直观感受,尽管在物理学上,我们依然是在谈论围绕共同质心的运动。

所以,答案是肯定的,在更广阔、更复杂的宇宙图景中,我们确实能观察到“恒星围行星转”的现象,只不过我们描述它的方式需要更严谨地理解万有引力的相互作用以及系统中天体的质量分布。这并非是反物理的,而是物理学本身精妙的体现。

网友意见

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首先要弄清楚一个天体绕另一个天体转的概念。

两个被引力束缚的天体,都是绕其共同质心旋转的,但我们会说地球绕太阳转,而不说太阳绕地球转,是因为地球和太阳的共同质心在太阳内部。

当两个或多个天体被引力束缚,其围绕旋转的共同质心始终在其中一个天体A内部的时候,就可以称为其它天体是围绕天体A旋转的。

所以,如果只有两个天体,要说一个绕另一个旋转,那么被绕的天体质量必须比绕的天体大很多,这样才能确保共同质心在被绕的天体内部。

两个天体的系统,恒星绕行星转是不可能的,因为不可能有比恒星质量还大的行星。行星质量是有上限的,主流观点为13倍木星质量,而恒星质量是有下限的,主流观点为80倍木星质量,介于13倍~80倍木星质量的,通常称为褐矮星或棕矮星,而褐矮星属于什么目前尚无定论。

你可能会说,我们让一万个木星撞在一起,不就成了一个有一万倍木星质量的超级行星了吗?

对不起,一万个木星撞在一起,如果没有别的损耗,确实会有一万倍木星质量,但它会立即启动核聚变,成为一个名副其实的恒星。

除非你能找到一万个和木星一样重的铁球,因为铁是无论如何都不会发生核聚变的。

但是,就算宇宙中真有那么多大铁球,要把它们聚集在一起,谈何容易?

总之就是没有比恒星质量更大的行星,所以说一个恒星绕着一个行星旋转,这样的事,整个宇宙都不会有。

但是有两个以上恒星就不同了。如图:


三个天体通过巧妙的质量和位置安排,可以确保质心在行星内部,那么我们就可以称这两个恒星绕着一个行星旋转。

其实不一定是两个恒星,任意多个恒星都可以,只要由于质量和空间分布能保证系统质心在行星内部。

但这样的系统是难以稳定的,以两个恒星为例,要想长期稳定,这个系统必须是这样的:

——三者精确地在一条直线上;

——两个恒星质量精确相等;

——行星自身材质均匀对称,其质心精确地与两恒星的质心重合。

这么高的精度要求,估计也就只有神才能制造出来。

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