自然与人—10  对天体公转现象的分析

李开乐

   

    这部分将较全面阐述与公转有关的问题。从公转的原因说起，详细分析天体公转的形成过程，点明天体能公转的重要意义，以及公转椭圆形轨道的重要意义。还阐述了远近轨道的分布特点和轨道形状长年变化的内在机理等，内容较丰富。

自然与人-10.1   地球是如何从太阳诞生出来后跑到了远日点的？

    摘要：地球在诞生前也是太阳表面的小部分物质，离心力与太阳整体对它的万有引力相平衡，即FL＝FG，绕转轴旋转的线速度为V0 。地球被喷射出来后FL＞FG，到了远日点时恢复FL＝FG，只能凭借V0开始绕太阳缓慢公转。

    在此，我们先以地球公转轨道为例展开来说，自然也就知道所有行星乃至其它天体的公转轨道是如何形成的了。

    如果地球能理想地在圆形的轨道上绕太阳公转的话，那么，根据万有引力定律和离心力公式便有：

        

    上两式中，FG为太阳对地球相互引力； FL为地球绕太阳公转作圆周运动所产生的离心力；G为引力恒量； M为太阳质量； m为地球质量； R为地球公转被假设为圆形轨道的半径（即实际地球轨道到太阳的平均距离）； V为地球公转的线速度。显然，假定了地球在上述圆形轨道上稳定（即匀速）做圆周运动，就应该有

       FL＝FG  -------------------------------（10.1-3）

    从（10.1-4）式显见，若天体作匀速圆周运动，则围绕同一个核球公转的天体，其线速度的大小完全由公转半径所决定，半径大者线速度小，半径小的反而线速度大，这种关系与绕转天体的质量大小无关。

    实际的情况并不那么理想，行星的公转轨道普遍都是椭圆形的，有些甚至偏心率很大，这是为什么呢？其实也并不奇怪，原因是，所有天体并不是一开始就被直接安放进轨道，且令其立刻具有能使得（10.1-3）式成立的稳定的相应线速度的。所有天体的运动状况都由其自身诞生后才演变而来。

    我们就以地球为例，来认真追踪一下它离开母体之后的运动轨迹，并分析其力学变化过程。根据核球喷射理论，地球在诞生之前只不过是太阳的某一小部分物质，它与太阳整体不可分割，也随着太阳的自转而同样围绕着太阳的转轴基本匀速地旋转，所以它绕着转轴做圆周运动的离心力正好与太阳整体对它的万有引力相平衡，也即FG＝FL。后来，当太阳母体在赤道附近的肚皮突然发生大爆裂的时候，被作为地球而诞生出来的那些物质，必然都全部从太阳表面离开太阳本体，从而都具有了与太阳表面物质相同的，绕转轴旋转的线速度 。

    “地球”得到了来自于日心附近的特大冲力往外狂奔的时候，太阳对它的万有引力就再也起不了约束作用，即FL＞FG，只能任由它自由地远去。

    地球背着太阳狂跑了好久之后，升空远去的力量终于用尽了。此时的地球回望了一眼太阳母亲，却发现自己依然被母体的无形绳子（万有引力）牢牢缚住，丝毫无法逃脱。这时，地球已经跑到了远日点，只能面对着母亲太阳，凭借着从母亲那里所带来的，作为遗传因子的“种子”线速度 开始围绕着太阳缓慢公转。