行星等星体的径向动量是从哪里来的？
2024-11-19 阅读 77
更新于 2024年11月22日
看了题目与说明，基本理解了题主的意思。先把个人理解的这个问题描述一下。
在一个恒星星系内，恒星周围的所有天体，忽略掉相互之间的引力，都只受到中心恒星的引力作用。只有径向引力作用，没有经向向外的力的作用，为什么恒星以外的天体，未因引力作用坠落到恒星中？理解了题意，再看其他知友的回答。我发现，虽然其他知友的答案，都与本题联系紧密，但都不属于，针对本题的直接答案。题目问的是为什么不坠落，答案答的都是，哪里来的初速度。
诚然，没有初速度，就没有离心力；没有离心力，只有恒星引力作为向心力，受力无法平衡，天体会坠落恒星。这两条罗辑因果关系合在一起，就可以把其他知友的回答，与本题连在一起了。
但是这拐弯出来的解答，总觉得有些牵强。我想题主问的应该是，怎样得出的离心力？而不是想当然的答法，有了初速度，就有了离心力。
先说牛顿第一运动定律，没有外力作用或外力平衡，物体静止或匀速直线运动。行星在恒星附近(整个星系都认为在恒星附近)，有一个速度飞向远方，恒星的引力作用于行星，让行星的运还轨迹，向恒星方向偏移。
此时，恒星引力是径向方向，行星的惯性是圆周切线方向。这两个运动方向合在一起的结果，就促使行星，进行圆周运动。如果切线方向速度足够大，可以摆脱径向引力，行星就可以脱离轨道，沿切线方向运行。而这个恰好能摆脱引力飞出的速度，就是此恒星系中本行星轨道的逃逸速度。
反过来讲，行星速度低于逃逸速度，惯性不足以抵抗恒星引力，行星就会彼衡星引力拉扯，坠落到恒星，这就是题主问题的本意。结论是，恒星周围任意距离上的天体，若要保持稳定围绕恒星公转，必须维持能与径向引力平衡的切向速度。
下边通过科学概念，解释一下行星的径向运动。行星的径向运动是指，行星在绕中心天体（如太阳）运动时，沿径向方向（即行星与中心天体之间的连线方向）的运动分量。以下是对行星径向运动做下详细分析。
1、基本概念。径向方向:从行星指向中心天体的方向，即行星与中心恒星之间的连线方向。
径向速度:行星在径向方向上的速度分量，表示行星接近或远离恒星的速度。
2. 径向运动的变化近日点与远日点:
在近日点（离中心天体最近的轨道位置），径向速度为零，因为此时行星的轨道切线方向与径向方向垂直。
在远日点（离中心天体最远的轨道位置），径向速度也为零。
在近日点与远日点，两个极端位置之间，行星的径向速度不断变化。
在轨道上，从远日点向近日点运动时，径向速度逐渐增加，可观测到行星逐渐接近中心天体。
在轨道上，从近日点向远日点运动时，径向速度逐渐减小，观测到行星逐渐远离中心天体。
3、径向速度的计算。径向速度可以通过行星的轨道参数和位置来计算。远地点与近地点，轨道切线方向与径向垂直，切线方向的速度，没有径向分量。正圆轨道的上每个点，都是这个情况。椭圆轨道不同，多数位置，切线方向与径向方向不垂直，存在一定夹角，切线方向的速度，就有了径向分量，这个径向分量的大小，与位置和角度相关，可通过公式计算。我的答题，尽量让普通人看懂原理，不做具体计算，省略掉公式。
4. 径向运动的影响因素。引力: 中心天体的引力是行星径向运动的驱动力。引力大小决定径向运动速度的变化，方向一直指向中心恒星。
轨道形状: 轨道的离心率（椭圆的扁平程度）影响径向速度的变化范围。离心率越大，径向速度的变化越明显。
行星质量: 行星的质量也会影响径向运动，相对于中心天体的质量，行星的质量可以忽略不计。不同质量行星在同一轨道上，稳定运行的基准速度一样，可以通过计算得到。
5. 径向运动的实际应用。潮汐力: 行星的径向运动会影响潮汐力的变化，潮汐力大小由行星到中心天体的距离决定。
轨道稳定性: 径向运动的变化影响轨道的稳定性，特别是在多体系统中（如行星系统），径向运动的变化可能导致轨道的长期不断变化。
6. 径向运动的观测。现代天文学通过观测行星的视位置和速度变化，可以测算出行星的径向运动，从而推断出行星的轨道参数。
如果你对行星径向运动的计算方法更深入的兴趣，我也可以把计算公式和开普勒定律说一说。不过还是那句话，为让更多人看懂，尽量只讲原理，不讨论计算细节。欢迎继续提问，我知无不言，言无不尽！
木星及其卫星@知乎科学
答案就在宇宙的起源——大爆炸。
大爆炸就像是一个巨大的爆竹，你没事把捻一点，砰的一声，宇宙就像一个膨胀的气球一样迅速扩大。
在这个过程中，物质被抛散到各个方向，就像爆竹碎片一样。这些碎片后来就形成了恒星、行星和其他天体。他们的径向动量，就是从大爆炸那一刻开始的。
宇宙是一个广袤而神秘的存在，充满了无尽的奥秘。其中一个令人着迷的问题是：宇宙旋转的初始角动量从何而来？让我们用一个有趣的方式来探索这个问题吧！
首先，让我们回顾一下宇宙的诞生，大爆炸理论认为宇宙诞生于约138亿年前的一个巨大爆炸事件中。在这个事件中，宇宙开始膨胀并不断扩展。而正是在这个早期的时刻，宇宙的旋转也开始形成。
那么，宇宙的初始角动量是如何产生的呢？有几个有趣的理论可以解释这个问题：
初始的不均匀性：宇宙在大爆炸之后并不是完全均匀的，存在微小的不均匀性和涨落。这些微小的不均匀性可能导致宇宙在扩展的同时也开始旋转。类似于旋转木马上的儿童，当宇宙开始扩张时，微小的不均匀性逐渐加强，并最终形成了宇宙的旋转。
早期物质的碰撞和旋转：在宇宙诞生的早期，物质非常密集，并且相互之间存在着巨大的引力作用。当物质互相碰撞和合并时，可能会产生旋转的效应。这类似于冰旋转的现象，当冰块相互碰撞和融化时，整个系统开始旋转。
剩余的自旋：宇宙的早期可能存在一些遗留的自旋效应。自旋是物体围绕自身轴心旋转的运动，类似于旋转的陀螺。如果宇宙的某些组成部分在初始时具有自旋，那么这种自旋可能会传递给整个宇宙，导致宇宙的旋转。
虽然这些理论提供了一些关于宇宙旋转的启示，但目前我们对宇宙旋转的确切起源仍然存在许多未知。科学家们正在进行进一步的研究和观测，以寻找更多的证据和解释。
宇宙的旋转给我们带来了更多的谜题和探索的机会。通过研究宇宙旋转的起源，我们可以更好地理解宇宙的演化和结构。宇宙中旋转的星系和星体也为我们展示了旋转的美妙和神奇。
虽然我们对宇宙旋转的确切起源还有很多未知，但我们可以通过观测和研究来收集更多的证据和信息。天文学家使用各种先进的望远镜和观测设备来观测宇宙中的星系、恒星和宇宙微波背景辐射等。通过对这些观测数据的分析和解释，我们可以获得关于宇宙旋转的更多线索。
事实上，观测到的宇宙旋转现象给我们提供了一些重要的发现。例如，观测到的星系旋转速度和分布并不符合基于引力理论的预期。这引发了一些新的理论和研究，例如暗物质和修正引力理论，以解释这些观测结果。这些研究不仅使我们对宇宙旋转的理解更加深入，也推动了对宇宙结构和物质组成的研究。
此外，模拟和计算也是研究宇宙旋转的重要工具。科学家使用超级计算机和数值模拟技术来模拟宇宙的演化过程，并研究旋转的形成和发展。这些模拟可以帮助我们更好地理解宇宙的动力学过程，并提供对观测结果的解释。
虽然宇宙旋转的初始角动量仍然是一个复杂的问题，但科学家们正在不断努力寻找答案。他们的研究不仅推动了宇宙学的发展，还深化了我们对宇宙起源和演化的理解。
通过科学普及，我们可以将这些令人着迷的科学问题和发现传递给更多的人们。宇宙的旋转不仅是宇宙学家的研究领域，也是一个激发人们好奇心和想象力的话题。它提醒着我们，宇宙是一个充满了奇迹和谜题的地方，等待着我们的探索和发现。
在这个科学普及的旅程中，我们一起探索了宇宙旋转的初始角动量，以及观测、模拟和研究对于我们理解宇宙的重要性。希望这篇文章能够激发您对宇宙的兴趣，并鼓励您进一步探索宇宙中更多的奥秘和挑战。让我们保持好奇心，追求知识，共同揭示宇宙的壮丽之谜！
