既然星体之间有引力,那为什么不是像磁铁一样吸住呢?
伟大的牛顿告诉我们 , 宇宙中任何两个具有质量的物体之间 , 都存在着一种力 , 即万有引力 , 在万有引力的作用下 , 我们的宇宙才得以有条不紊运行 。那么 , 既然天体之间存在着这种引力 , 为什么它们不会像磁铁一样紧紧的吸在一起 , 而是像现在这样彼此环绕呢?
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为了方便直观 , 我们以地球和太阳来举例说明 。大家都知道 , 我们赖以生存的地球是围绕着太阳运行的一颗行星 , 每绕太阳公转一圈 , 地球上就过了一年 。那么 , 地球为什么不掉进太阳呢?这是因为两种力的平衡造成的 , 其中之一是地球的公转速度造成的离心力 , 另一个是太阳对地球的引力造成的向心力 。
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可以这样理解 , 对于围绕着太阳公转 , 地球的内心其实拒绝的 , 它一直在试图逃离太阳引力的控制 , 拼命的向远方跑去 , 而太阳对地球是真爱 , 它一直在努力的用它的引力将地球拉入自己的怀抱 。而事实上 , 地球和太阳谁也奈何不了谁 , 就这样形成了一个僵局 , 于是地球就只有年复一年的围绕着太阳奔跑了 。
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这不禁让人深深的担忧 , 如果这种平衡被打破了 , 比如说地球的公转速度稍微慢了一点 , 那岂不是地球就会落入太阳了?其实这种担忧完全没有必要 , 事实上将地球的公转速度降低 , 的确是可以让地球更加接近太阳 , 但是根据角动量守恒定律 , 地球的公转角速度就会增加 , 从而造成地球以更加狭长的椭圆轨道围绕太阳运行 。也就是说 , 仅仅是降低一点地球的公转速度 , 那是远远不够的 , 那么到底要将地球的速度降低多少 , 才可以让地球掉入太阳呢?根据相关公式计算 , 大约要让地球的公转速度降低大约93.2才可以达到!
我们也可以从能量转换的角度来思考这个问题 , 由于太阳对地球的引力 , 地球本身就具有了引力势能 , 而当地球向太阳靠近的时候 , 地球的部分势能就会得到释放 , 根据能量守恒定律 , 这部分势能将会转换为动能 , 使地球的公转速度增加 , 还是会造成地球以更加狭长的椭圆轨道围绕太阳运行 。从这个角度来看 , 要想让地球掉进太阳 , 就必须去除掉地球绝大多数公转动能才可以达到 , 根据相关公式计算 , 这个数字为地球现有公转动能的99%以上!
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那么宇宙中的天体的动能又是从何而来呢?这里简单的讲一下 , 现在科学界一般认为 , 现有的宇宙来自于137亿年前的一个大爆炸 , 在大爆炸之后 , 空间开始迅速膨胀 , 并在这个过程中形成了各种基本粒子 , 而现在的宇宙就是由这些基本粒子构成 。因此 , 我们可以理解为宇宙中天体的动能 , 如果追根溯源的话 , 都是来自于最初的那场大爆炸产生的惯性力 。
通过以上的分析 , 我们可以知道 , 在宇宙中两个天体因为引力而相撞是很难发生的事情 , 但很难发生并不代表不发生 , 其实在宇宙中 , “碰撞事故”还是有的 。从小的来讲 , 小行星、彗星这些小型天体因为本身质量不大 , 所以容易受到大型天体的引力干扰而偏离自己的“安全轨道” , 常常会在大型天体上坠毁 。
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而对于大型的天体来讲 , 也有一些原因会造成同样的情况 。比如说双恒星系统在经过黑洞附近时 , 其中的一颗恒星可能会因为引力弹弓效应 , 得到另一颗恒星的动能 , 而失去动能的那一颗恒星就落入了黑洞 。又比如说两个大质量的天体在比较靠近时 , 会产生潮汐摩擦作用 , 这会消耗掉它们的极少的一部分动能 , 虽然消耗的这部分动能很少很少 , 但这样的消耗会一直持续 , 在很长的一段时间之后(一般为几百万到几百亿年) , 它们最终会因为损失动能而撞在一起 。
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除此之外 , 还有一种特殊的情况 , 当两个黑洞异常靠近时(纯路过) , 由于黑洞的引力巨大 , 它们之间会发生高速的互相围绕的运动 , 在这个过程中会搅动时空释放出大量的引力波 , 这些引力波会极大的消耗黑洞的动能 , 因此这两个黑洞会在相对较短的时间内“合体” 。2016年 , LIGO首次探测到的引力波 , 就源于13亿光年外的两个黑洞的合并 。
【既然星体之间有引力,那为什么不是像磁铁一样吸住呢?】值得一提的是 , 地球和太阳之间也会因为潮汐摩擦而损失动能 , 如果时间足够的话 , 地球也许就会落入太阳 , 但是太阳会在50亿年后消亡 , 目前还不知道地球的动能可不可以撑够这50亿年 。
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