孪生行星_趣味天文学

时间:2020-01-31  栏目:理论教育  

孪生行星_趣味天文学

地球与月亮可以说是一对孪生行星。之所以这样称呼它们,是因为地球的卫星和其他行星的卫星比较起来有个特别的特点,也就是月亮和地球的相对大小和相对质量都很大。太阳系中也有一些卫星,就绝对大小和绝对质量来讲都比月亮要大,但是它们跟所从属的行星的相对大小和相对质量来讲,却都比月球和地球的相对比例要小得多。事实上,月亮的直径大约是地球直径的055-03强,而别的行星的最大相对卫星——海王星的卫星特里屯直径只有海王星的072-01。此外,月亮的质量等于地球质量的072-02,而太阳系中最重的卫星木星的第三个卫星的质量还不到木星的072-03

几个大卫星和它们所从属的行星质量上的比率见下表:

从这张表格可以看出,月亮在质量上跟所从属的行星——地球的比率,比别的卫星都大。

我们将地球和月亮称作是一对孪生的行星的另一个理由是,这两个天体的距离很近。其他行星的许多卫星都跟它们所从属的行星相隔很远,例如木星的第九卫星(图35)距离木星的距离是月亮距离地球距离的65倍。

图35 月球离地球远近跟木星的卫星离木星远近的比较。(天体本身的大小并没有按照比例来表示)

与此相关的还有一个有趣的事实,即月亮围绕太阳运行的路线和地球的运行路线差别极小。如果大家设想一下,月亮是在距离地球差不多400000千米的地方围绕太阳旋转的,那么一定会觉得上面这个话是不可信的。但我们不要忘了一点,当月亮围绕太阳运行一周时,地球带着它走过了它一年内运行的路程的073-01,也就是70000000千米。月亮绕地球的圆形线路约长2500000千米,假设将这个路线拉大30倍的话,那这个圆形的路线会是什么样子呢?——将不再是圆形的了。这就是为什么月球绕行地球的路线几乎能和地球自身的轨道重合,只有12段明显突出的部分。通过一个简单的算法就可以证明,月球线路也是向太阳突出的(此处我们不再赘述这个算法)。简单地说,它从形式上很像一个带有圆角的十二边形。

图36是地球和月亮在1个月中所走的路线图。虚线代表地球运行路线,实线代表月球路线。这两条路线彼此十分相像,我们如果想要把它们分割开来,得用极大的比例尺才行:图36中,地球轨道的直径等于0.5米。假设我们将地球直径画成10厘米,那么这两条路线之间的最大距离会比我们所画出的线段还要窄。看了这张图,大家应该就会确信,地球跟月球差不多是按照相同的路线围绕太阳运转的,因此,天文学家们将它们称作“孪生行星”是极其合理的[1]

图36 地球(虚线)和月球(实线)在1个月中绕太阳所走的路线。

因此,相对于一个位于太阳上的观测者来讲,月球的运行线路应当是一条差不多和地球轨道重合的但又略微呈波浪状的线条。这跟月亮围绕地球沿着一个不大的椭圆形轨道运转并不冲突。

原因当然在于,我们在地球上观察不到月亮跟着地球在地球轨道上一同前进的运动,因为我们自己也在进行这样的运动。