没想到吧, 太阳系的这个行星根本不绕太阳转
教科书告诉我们,太阳系的八大行星围绕着太阳旋转,太阳是太阳系的中心。画成图大致是这样的——
于是乎,当我们想象行星绕着太阳旋转的时候,脑子里总是会出现一个类似于旋转木马的模型,太阳似乎被固定在中心,其他行星绕着太阳的中心旋转。
这种解释方式清晰易懂,适合教学,但实际上它有缺陷。这是因为,太阳系里有一个行星并不围绕着太阳旋转,它实际上在绕着太空中的一个看不见的点旋转。
这个行星就是 木星 。
木星
@NASA / JPL
是这样的,太阳对行星有引力,行星对太阳也有引力,因此行星绕着太阳旋转时,不动点并不正好是太阳的重心。就比如你和同学互相拉着手转动,不动的那个点既不在你体内,也不在你同学体内,而在你俩之间。
这个不动点,就叫做 质心 (barycenter) ,类似于天平的支点。计算质心的位置在哪里是一个典型的二体问题,中学生应该算了不少遍了。谁质量更大,质心就更靠近谁;大家质量差不多,质心就居中。
质心 @NASA
就比如在地月系统里,地球和月亮的质心就位于地球半径75%的地方,也就是离地球重心4671千米的地方。
地月系统的质心(黑叉)
@ESA
然而对于太阳系除木星以外的其他行星来说,它们的质量相较于太阳可以忽略不计(如地球的质量只有太阳的0.0003%),因此这个质心总是落在太阳体内,接近太阳的重心。
但是呢,木星的质量是其他所有行星加起来的2倍(木星的质量约是太阳的0.1%),因此木星-太阳的质心距离太阳的重心更遥远,约是太阳半径的1.07倍,大概离太阳表面有4.8万千米,比地球的赤道周长还要长,人类卖出的奶茶首尾连起来不知道能不能够到。
太阳和木星的质心所在位置
@NASA/SDO
换句话说,木星和太阳都围绕着离太阳表面4.8万千米的这个看不见的点旋转。
那么太阳绕着这个质心的转速有多大呢?
因为木星的引力,太阳围绕着质心的旋转速度是13米/秒。作为比较,太阳围绕地球-太阳系统的质心的旋转速度只有9厘米/秒。木星要花11.8年才能绕太阳一周,而太阳绕质心一周的时间也是11.8年。
知道了这个知识点又有什么用?
这非常有用。因为太阳和木星围绕着宇宙中的一个看不见的点旋转,因此在其他地方 (其他惯性参考系) 看来,太阳会微微抖动。
从不同角度观察到的恒星的抖动 @NASA
其实,所有的二体系统都会发生这种抖动,而这种抖动也是天文学家发现绕着恒星旋转的大质量 太阳系外行星 的一种方法。
从地球上看,如果远处恒星有类似于木星这样的大质量行星,那么它相对于地球的速度就会有周期性的变化。这种变化,会让恒星发出的光一会儿变蓝,一会儿变红。
比如,因为太阳的抖动,太阳光谱—— 夫琅和费线 (Fraunhofer lines) 会周期性地一会儿向红光偏移—— 红移 ,一会儿向蓝光偏移—— 蓝移 。
夫琅和费线
其他恒星也是一样,当它们向我们这边抖的时候,它们的夫琅和费线就会蓝移,而当它们抖远的时候,就会红移。这个检测恒星附近行星方法,叫做 多普勒抖动 (Doppler wobble)。
没有红移或蓝移的光谱(上),红移(中),蓝移(下) @Caltech
说到转动,还有一个很有意思的现象,这个现象叫做扎尼别科夫效应,是前苏联宇航员弗拉基米尔·扎尼别科夫 (Vladimir Dzhanibekov) 发现的。
微重力中的扎尼别科夫效应 @NASA
1985年,扎尼别科夫在太空中执行任务时,发现在微重力中旋转的蝶形螺母会周期性地翻转。
微重力中蝶形螺母的扎尼别科夫效应
@engineeringclicks
这个现象把前苏联吓坏了,他们害怕这会引发人类对世界末日的恐慌。 你想啊,地球可以看作一个大号的蝶形螺母,而且地球也在围绕着地轴自转。 如果扎尼别科夫效应适用于万事万物,那么地球在周期结束后也会180度翻转。 到时候地球不就要乱套了?
但是,物理学家们再次拯救了地球。 原来,支配扎尼别科夫效应的,是 中间轴定理 (intermediate axis theorem) ,而中间轴定理并不适用于地球。
简单来说,如果一个物体 (刚体) 沿着XYZ轴旋转时,有3个不同的 转动惯量 (质量乘以质点和转轴的垂直距离的平方) ,那么就认为它有3个不同的 惯量主轴 。
T型刚体的3个惯量主轴。 红色的那根是中间轴,绕着它旋转产生的转动惯量居中。 根据中间轴定理,如果T型刚体绕着它旋转,必定会发生周期性的翻转。 @Randy Dobson
中间轴定理指出,物体只有在沿着能产生最大转动惯量的惯量主轴,或者沿着最小转动惯量的惯量主轴旋转时才比较稳定,沿着中间那个惯量主轴旋转时,必然会发生周期性的翻转。
这就是为什么,你把乒乓球拍绕着下面这个轴丢起来的时候,它肯定会发生翻转。因为这个轴是乒乓球拍的中间轴,绕着它旋转产生的转动惯量既不是最大,也不是最小,非常不稳定。
但是这样丢就不会——
这样丢也不会——
@kettering university
其实,中间轴定理也解释了跳水、体操运动员在旋转和空中转身时手部的动作。
Simone Biles 在2019全美体操竞标赛上的藐视重力的动作
运动员为了做出空翻+转体的动作 (wobbling somersault) ,就要让身体变得不对称,使自己沿着中间轴旋转。所以你可以看到他们会突然一只手向上,一只手向下,摆出超人的姿势。
空翻+转体的动作需要在中间轴上旋转,因此身体要不对称。 @Society for Industrial and Applied Mathematics
但是如果不在空中转身 (twisting somersault) ,那么就要保证在最大或最小的惯量主轴上旋转,所以运动员就要让身体保持对称,两个爪子就要对齐。
只是做多次空翻旋转,并不转体的话,需要身体在最大或最小惯量主轴上旋转。
@Society for Industrial and Applied Mathematics
话说回来,完美的匀质真空球形鸡不管怎么转,转动惯量都一样大,没有中间轴,无法产生扎尼别科夫效应。
地球也差不多。地球虽然不是一个完美的球体,但赤道附近更加凸起,因此实际上是一个类球面,只有2个不同的惯量主轴,并不存在中间轴,因此不适用于中间轴定理。
地球只有2个不同的惯量主轴
@columbia university
况且,地球已经沿着产生更大的转动惯量的惯量主轴转动了,因此地球的自转是相对稳定的,不会周期性翻转。害怕地球会突然使出托马斯旋转的街舞招式的同学可以安心洗路了。
对了,猫咪总能四脚着地的定律在太空里却不灵了。战斗种族要是看到喵星人在微重力里的转法,可能会更加怀疑人生吧。大家来吸一下美国联邦航空管理局做的 (chan)(shi)(guan)(fan)(ji) 研究——
本文标签: 女士卡通街舞图片大全
街舞资讯热门
- 福清佾舞,入选福建省第五批国家级非遗代表性项目拟推荐名单
- 医护跳天鹅舞送治愈病人出院,中国人自娱自乐的天性藏不住了
- 韩国航班落地威海,167人全部被隔离14天,暂不提升中国入境限制
- 赵奕欢为了红太拼了,穿比基尼跳钢管舞,“马蜂臀”尽显火辣身材
- 《朋友请听好》谢娜独挑“易燃装置”和易烊千玺battle俏皮女团舞
- 你大妈还是你大妈,朝阳大妈的无接触广场舞火了!!
- 关于舞蹈基本功
- 集歌、舞、乐为一体的艺术表现形式——楚国崇巫之风
- 易烊千玺和谢娜PK舞技,大胆挑战女团舞萌坏何炅,谢娜输得好惨
- 农村女孩的追梦路:爱跳就大胆的舞起来吧!
- 平顶山叶县电视台《广场舞秀》方案解读
- 易烊千玺与谢娜pk女团舞,易烊千玺跳得更有女人味,表情亮了
- 大妈自创无接触广场舞“云跳舞”宣传防疫知识
- 五大民族舞蹈的区别,你知道多少
- 广场舞适合每个人
- 体育舞蹈理论基础知识--体育舞蹈发展概况
- 超模AA穿亮钻吊带配镂空喇叭裤,却像是复古夜店舞女,绝美性感
- 外观精致时尚的新一代奔驰GLA于日内瓦车展亮相
- 时尚到底是什么呢?
- 火爆时装周的香芋紫,又飒又仙又好搭,2020年时尚达人必Pick
- 甜美女孩总让人有好感!碎花短连衣裙优雅大气,土妞秒变时尚达人
- 白雪公主Lily Collins放开了,真空穿西装配短裤,时尚性感有魅力
- 占据时尚圈半壁江山的单品,显高又显瘦,短款上衣竟如此火爆?
- Dior春夏高定秀 | 女性的战歌,时尚的崛起
- 16套最值得get的新潮搭配,吸睛感十足,时尚更有范