太陽對月球的引力是地球對月球引力的兩倍多,為什麼月球沒有被太陽吸引走?
樓上雖有物理學博士等,但我對樓上諸位的回答不是非常滿意。太陽對月球的引力是地球對月球引力的2倍多(太陽對月球的引力是地球對月球引力的2倍左右,我就不計算了,這是事實,樓上也有人算過,就是簡單地利用萬有引力公式F=GMm/r^2,代入數據即可),為什麼月球沒有被太陽吸引走?這個問題其實很簡單,我們可以先這樣想:地球質量約是月球的81倍,太陽對地球的引力應當是對月球的81倍,而月球對地球的引力數值上等於地球對月球的引力,也就是太陽對地球的引力是月球對地球的162倍,那為什麼地球沒有被太陽吸走呢?於是這個問題中地球與月球面臨著同樣的尷尬:他們相互之間的引力不足以使他們在一起,初看起來,他們分別都應該被太陽吸走。也就只需考慮地月系這個整體,或者說他們的質心圍繞太陽運行的合理性了。日地平均距離約1.496億公里,地月系的運行速度應該等於地球的公轉速度即30km/s,軌道半徑等於日地距離,質量取地月系總質量,周期為一個太陽年。利用萬有引力公式F=GMm/r^2=mv^2/r=m(2π/T)^2r進行非常簡單的計算會發現地月系處在目前的狀態是非常合理的。
那麼為什麼把地球或月球分開看時會得到似乎與實際矛盾的結論呢?其實正如樓上好幾位也提到的,月球確實也同時繞著太陽運行,這一點非常關鍵,但我覺得樓上的都說得比較模糊。我恰好在《大眾天文學》第二篇第三章找了兩張圖,此外注意到與月地平均距離約38.44萬公里,或者大約是日地距離的1/390。
補充一張更為清晰的彩色圖,後來找的Wiki上的:
通過這幾幅圖,應該可以非常形象地說明其實月球也在近似地圍繞著太陽作圓周運動的。既然是圓周運動,那麼必然會有一個指向太陽的力來作向心力啦。
然後我們又知道,月球是在吸收地球的自轉能,緩慢地離開地球的,那麼當月球遠離到多遠時會不顧一切地撲向太陽的懷抱呢?事實上,我們可以參考「希爾球」的概念:
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%8C%E7%88%BE%E7%90%83
環繞在天體周圍的體積,那裡被它吸引的天體受其控制,而非被它繞行的更大天體所控制。月球落在地球150萬公里半徑的希爾球內(這個數值恰好是第二拉格朗日點L2距離地球的距離)。此外考慮到輻射壓等各種干擾因素,希爾球半徑附近的軌道是不會長期穩定的,有時在其1/2到1/3半徑處就是極限了,而月地距離38.44萬公里,現階段並且在相當長的一段時間後的月球是非常符合條件的。
當然,也可以用月球落在引力勢阱等其它方式來解釋。不管月球的起源如何,同源說,災變說還是俘獲說,月球的初始條件:其線速度,方向,質量和位置決定了其命運。如果你非要問為什麼月亮所具有的初始條件可以使得地月系可以穩定地存在並繞著地球旋轉,或許只能用人擇原理來解釋了:若非如此,你現在根本就不會看到她!
原來在百度知道和搜搜問問答題,初來知乎,還請海涵。
因為日月相對速度也大於地月相對速度,離心力抵消了。
對太陽而言,行星及其衛星就是一對或一堆雙子星,在計算大致效果的引力和環繞軌道時,是要將他們合併計算的。
分別計算的話就必須考慮月球是如何被俘虜到地球的衛星軌道的,這是有初始勢能的,反正據估計,月球以後會脫離地球的範圍,地球繞太陽軌道會向內縮一大圈。
@王雷 和 @ windson的答案都是典型的誤導型。 其中windson,計算力大小的時候距離已經包括在內,所以不用再考慮距離。
在此給出一個計算:
萬有引力常量:
G=6.67x10^-11 N·m2 /kg2
太陽的質量 = 1.98892 × 10^30kg
地球質量=5.98*10^24kg
月球的質量 = 7.36 × 10^22kg
月球到太陽平均距離是1.496×10^11m
地球到月球的平均距離是3.844*10^8m 帶入萬有引力公式:地球對月球萬有引力為:
F1=6.67x10^-11 *5.98*10^24*7.36 × 10^22/3.844*10^8*3.844*10^8=1.987*10^20N
太陽對月球萬有引力為:
F2=6.67x10^-11*1.98892 × 10^30*7.36 × 10^22/1.496×10^11*1.496×10^11=4.363*10^20N
計算結果太陽對月球的萬有引力比地球大一倍還多。
王雷,現實中的冰箱還受摩擦力。
@胡毅所說的月球同時圍繞太陽和地球轉是對的。 但是我覺得這和離心力沒有明顯關係。任何圓周運動都存在離心力。
首先是軌道的聲明,月球確實是繞著太陽轉的,只不過在地球的干擾下,月球對日的軌道不是一個圓而是一個類似於13邊行的東西。
http://www.math.nus.edu.sg/aslaksen/pictures/o400.gif
如果月球的繞地速度快一些 也有可能是這樣的 下圖是假設
http://www.math.nus.edu.sg/aslaksen/pictures/o4.gif
解決這個問題可從簡單的受力分析入手, 這是一個我認為持錯誤觀點的人用來證明他的觀點的圖片,但是受力分析是對的。 上傳不上來,自己點著看行么。。
https://www.dropbox.com/s/hl24lo5c5giqu0s/shouli.jpg
圖作者的錯誤在於沒有計算, 這裡不需要精確計算,只需要定性分析 ,因為F1幾乎是F2/2,所以月球此時向心加速度只有地球的一半,但是速度和距離太陽的距離和地球差距不大,所以可以判斷月球會對太陽有離心運動。
當月球到地球和日的連線的延長線時,月球因為受到3/2於地球的向心加速度,其對太陽有向心趨勢。
如果以月球在內部連線時到太陽的距離為半徑,以日為圓心,畫一個圓。同樣在月球在外部延長線時到太陽的距離為半徑畫一個圓。那麼月球的對日軌道就是在這個環里撞來撞去的感覺。
也就是上邊發的。
http://www.math.nus.edu.sg/aslaksen/pictures/o400.gif
因為月球的公轉速度遠小於地球,所以不會出現環的情況。
如果有人對月球同時環繞地球的時候為什麼對太陽是這種軌道,可以想像一下高速公路上,兩輛車競速,一輛繞另一輛轉圈,如果看他的對地路線其實也就是左右不斷擺動。
太陽對月球的力提供了月亮繞太陽轉的向心力,而且不足以打破在這個非慣性系中的平衡,自然就不會有「吸走」一說了。
======================================================================具體說來,就整個太陽系這個參考系內月亮主要受到兩個力,來自地球的力和來自太陽的力。來自地球的力提供月亮每28天圍繞地球轉一圈(即提供月球圍繞地球轉)的向心力,這個向心力剛好與月球現在圍繞地球轉的運動半徑,運動速度相吻合,致使月球能夠保持並將長期保持這種圍繞地球轉的狀態。
而太陽給月球的力雖然比較大,但是這個力也恰恰提供了月球圍繞太陽轉這個圓周運動所需要的向心力,而這個向心力的需求是比月球圍繞地球轉的需求大的。這個力保證了月球不把自己甩出太陽系,卻並不足以讓太陽把自己吸走。這就是太陽系中星體運動微妙的平衡。
所有的奇妙的平衡都是45億年前太陽系形成時期出現的,不符合平衡的行星什麼的去哪了呢?要不直接被太陽吸走變成太陽的一部分,要不就被甩出太陽系啦~
打個不太恰當的比方,太陽系就像一個學術團隊的大老闆,地球這樣的行星就像小老闆,月亮這種衛星就像我這種屌絲煙酒生。雖然大老闆對我的吸引最大,而且決定著我的研究方向,但是平時工作時我還是圍繞著小老闆做;我們整個科研團隊的工作重心是銀河系——整個研究學科,雖然平時不太在意但是整體還是圍著它轉的。銀河系中無數我們這樣的科研團隊撐起了整個研究領域。銀河系中心可能存在的黑洞對我們的引力最大,但是我也不能拋棄我的大小老闆直接奔過去啊!
力是改變物體運動的原因——產生加速度,改變了運動速度的大小或方向
假設我們得到了一段月球繞地球、地球繞太陽運動的活動圖像,如果將地球從圖像中抹去,我們可以得到一段月球「繞」太陽運動的活動圖像
此運動的軌跡當然不會和「地球繞太陽公轉軌道」相等,但這條「大致走向為橢圓」並帶有「電話線纏繞狀」[1]的軌跡,就是太陽對月球引力產生的——它產生了「向心加速度」,改變了月球運動的方向
而使得這條「大致走向為橢圓」軌跡上產生「電話線纏繞狀」的另一個變化因素,就是地球對月球的引力——它也產生了「向心加速度」,改變了月球運動的方向
只要月球運動保持在一定速度上,這些引力都無法令月球靠近引力的主人,但都會改變月球運動速度的方向
[1]此乃想當然耳。@吉翔 給出了更嚴謹的答案,其中的比例示意圖表明此軌道更為平緩,接近橢圓。
本質上說,地月系是一個雙星系統,作為一個整體圍繞太陽公轉,不懂繼續往下看
這麼簡單的問題為什麼你們要回答那麼多字……說實話我看到問題也愣了一下……
拋開現象看本質,我們通常說月球圍繞地球運行,其實運動是相對的,地球也圍繞月球運行,本質上說,地月系是一個雙星系統,它們作為一個整體圍繞太陽運行,和冥王星的雙星系統沒什麼本質區別,就醬
至於這個雙星系統為什麼能保持穩定,因為地月距離相對它們與太陽的距離幾乎可以忽略,太陽對地月系中所有的天體的引力加速度基本相同,地月系可以作為一個整體在太陽的引力加速度下圍繞太陽運行,然後自己享受自己的二人世界
好像我也說了好多……所以其實月球是圍繞太陽轉的, 只不過附加一個地球施加的小擾動。 你如果看月球相對於太陽的軌道就會發現其實是一個以太陽為中心的近似橢圓, 只不過軌道有微小(地月距離相對於日月距離確實微小)的變形而已。
如果有一天月球突然被撞了一下,不再轉動了,那麼就會被太陽吸走了。
被吸引並不一定要跑到某物體附近去,圍著它轉也是一種方式。
月球本身除了圍著地球轉,同時也圍著太陽在轉,所以同時被兩者吸引。完全沒有任何矛盾啊!這道題也是1938年,浙大物理系教授、「中國雷達之父」束星北出了道考題「太陽吸引月亮的力比地球吸引月亮的力要大得多,為什麼月亮跟地球跑」,大二的程開甲拿了滿分。程開甲2013年獲得中國最高科學獎。
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簡單的說,因為月球相對於太陽有一個很大的初速度。如果月球相對於太陽靜止或者初速度不夠大,月球就真的被太陽「吸走了」。
My Solar System 2.04
這個網站右上角選第三個模擬一下你就明白了
具體的原理上面已經說得很清楚了,作為一個外行,我只補充一點,是之前在coursera上Introduction to Astronomy里教授解釋過的一個問題:為什麼在空間站里,宇航員表現的像是不受任何引力一樣,是在空中漂浮的?萬有引力到哪裡去了?原因是空間站在繞著地球轉,而這種繞著orbit的運動,等於free fall。
所以月球其實被太陽吸引「走」了,只是由於月球的初始速度和方向,導致表現形式不是直直地向太陽掉下去,而是繞著太陽轉。
因為地球也在以和月球幾乎相同的加速度「掉向」太陽,所以月球沒有遠離地球(跟「兩個鐵球同時落地」一個道理)。(另外地球和月球之間,參考勻速圓周運動模型:月球繞地球轉而不會落到地球上;而地月系統整體繞太陽做勻速圓周運動,所以最終誰也沒掉向誰)
我想問問你為什麼地球也沒被吸走。
用萬有引力是解釋不清楚的,即使太陽停止轉動,地球也不會飛走,因為他們是泡在一個液態的場中,太陽自轉產生環裝渦流,帶動行星公轉,渦流由內向外衰減,造成梯度差,梯度差導致行星自轉,行星自轉產生行星自己的渦流,地球自轉渦流帶來地球的引力錯覺,月球不過是被地球渦流推動繞地球公轉,所以當然不會被吸引走,因為引力本身就是觀察錯覺,另外宇宙背景輻射,背景噪音,暗物質,都預示著有一種各向同性的物質瀰漫在空間空,筆者稱之為宇宙基礎場,NASA的宇宙探測器都發生過減速和軌道偏離,目前確認不是行星的引力造成的,沒有給出標準答案,其實是基礎場的阻力,對微小物體的阻力極小,所以只有長時間大距離的星空探測衛星才會有感覺!
謝邀。胡亂回答。
如果太陽、地球、月亮三者初始條件為三者都靜止,保持三者相對距離、三者質量等因素相同,那麼月球顯然會被太陽吸走。但是現在三者是一個穩定體系,兩兩組合的二體問題顯然都是穩定成立的。
黑洞引力大不大。視界之外照樣有繞黑洞周期運動的物質。而黑洞引力是地球的無數倍
因為月球同地球一樣也在圍繞太陽做圓周運動!
因為,如果把地月系統看為一個整體,它們的質心在繞著太陽做近似圓周運動
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