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聆聽宇宙奧秘:公轉和自轉是什麼?太陽系有內外之分?

2019/2/23 — 23:40

地球

地球

【文:臨狼】

上一篇〈聆聽宇宙奧秘:「日心說」正確嗎?地球有多「微小」?〉介紹了,太陽系中除了地球以外,還有其他行星的存在。來自火星的王菀之到底是要飛越多遠的距離才能來到地球呢?在旅途之中看到什麼景像而感嘆呢?又為什麼會在星海中消失了身影?

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在自轉 星海中消失了身影

日升日落,月圓月缺,星起星落。在不同時間望向星空,我們會看到不同的景象,這個現象是由於地球會自轉 Rotation的關係,使我們在每一刻都望向星空中不同的位置。

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八大行星自轉示意圖

八大行星自轉示意圖

除了地球會自轉外,八大行星亦都會自轉,而自轉的速度以及自轉軸則因其形成的歷史以及質量而異。事實上, 所有天文物體(例如太陽)都是會自轉的。所以王菀之無論位於任何星體,都很容易被不停變幻的星空迷惑。

路線被固定 誰擴大過自己的直徑

太陽系

太陽系

太陽系中,八大行星依次(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星)以不同速度圍繞太陽公轉 Revolution

八大行星與太陽實際距離比例圖

八大行星與太陽實際距離比例圖

從圖中可以看到,太陽系中行星軌道的間隔並不是一樣的。而科學家按照軌道的近遠,把太陽系分為了內、外兩個部分。

內太陽系 Inner Solar System,由距離太陽比較近的類地行星 Terrestrial Planet(水星、金星、地球、火星)和小行星帶Asteroid Belt(位於火星和木星之間)共同組成。

而小行星帶外的類木行星 Jovian planets(木星、土星、天王星、海王星),就共稱為外太陽系 Outer Solar System

1 AU

1 AU

地球與太陽之間的平均距離,我們稱作AU,相等於149,600,000(~1.5億)公里。距離太陽最近的水星,兩者相距為 0.39 AU,即為58,344,000公里,是太陽直徑的42倍 或 地球直徑的4578倍。而距離太陽最遠的海王星則離太陽 30 AU。

冥王星 Pluto

冥王星 Pluto

而距離太陽約40AU的位置,還有我們前九大行星成員之一的 冥王星 Pluto。

火星距離地球又多遠呢?

火星

火星

地球火星軌道示意圖

地球火星軌道示意圖

因為火星跟地球以不同的速度圍繞太陽公轉,兩者最近距離為約5760公里,最遠距離為約4億公里。

根據08年(MV推出年份)的數據,當時火星與地球約距9000公里,以宇宙中最快的速度光速(每秒三十萬公里)飛行,王菀之也需要飛行五分鐘。而以人類的科技來說,大約需要半年以上的時間。

為什麼八大行星會乖乖的跟着軌道不斷運行呢?

萬有引力

萬有引力

1687年,牛頓在他的書中發表了著名的萬有引力 Law of Universal Gravitation 定律,用數學公式描述了在任何物質與物質之間,都會萬有引力(F1,F2)持續把兩者拉近。當兩者的 質量Mass(m1,m2) 愈大或 距離Distance(r²) 愈近,它們所感受到的引力就會愈大。

向心力 : 向着圓心的作用力

向心力 : 向着圓心的作用力

牛頓亦同樣以數學式描述了 向心力 的存在。只要提供持續的向心力,就能令物體進行圓周運動。向心力大小,正比於物體質量(m)、物體速度平方(v²),反比於距離(r)。

結合上述兩種力,太陽系中行星圍繞太陽公轉的行為,能夠解釋成行星與太陽之間的萬有引力,提供了向心力造成的圓周運動。

太陽與各大行星體積比例圖

太陽與各大行星體積比例圖

像宇宙旅程 由引力決定

太陽系中太陽約佔了99.86%的總體積,由於太陽比其他行星重很多的關係,太陽主宰着太陽系內的一切,八大行星的軌道被太陽引力牽引,維持着公轉的規律。

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