黑洞为什么不吸太阳和月亮还有地球呢?

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黑洞不是不吸引太阳和月亮,事实恰恰相反,正是由于黑洞对太阳、地球、月亮等都有吸引,才能形成当前的运动轨迹。只是在考虑这个问题时,我们需要分析天体各自的综合受力情况。

黑洞对太阳的吸引

我们知道,太阳系是更大星系——银河系的一个组成部分。太阳质量在整个太阳系中占比达99.8%以上,可谓不折不扣的一家独大。

银河系由约4,000亿颗恒星系组成,太阳系是其中成员之一。

天文学家普遍认为,每个大型星系中心都至少有一个超大质量黑洞。银河系也不例外,银河系中心的超大质量黑洞,其引力范围管辖着周边10亿光年的宇宙空间。当然,银河系的黑洞远不止中心一个。

太阳系距银河系中心约2.5万光年,毫无质疑会受到银河系中心超大质量黑洞的吸引。

以前,通常认为太阳作为恒星,是静止不动的。各大行星带着自家卫星及零散成员围绕着太阳旋转,理想的画面是这样???其实,在银河系超大质量黑洞的引力之下,太阳带领太阳系成员,也在围绕银河系中心旋转,近两年流行的画面是这样???

既然黑洞这么厉害,那它为什么没有把太阳直接吸进去呢?

小时候,我们应该都玩过的一个简单小游戏,大致构造是绳子的一端拽在手里,另外一端系着一个物体(如小球,铁环、石子、木棍等之类),然后使劲的甩着转圈。如果想把物体甩的越快,很明显能感觉到手上使出的力道也要更大些。当我们放开手中一端的绳子,物体就会飞出,不再转圈。

中学物理课本中,我们都学过一个概念叫“向心力”。向心力的作用,就是无时无刻都想将运动的物体牢牢“牵”着,围绕这个中心旋转。而运动中的物体,仿佛受到某种拉扯,时刻想要飞离出去,这种“拉扯”称之为“离心力”。离心力的大小,与物体的质量和运动速度(线速度)息息相关。

离心力并非真实存在,是为了方便研究圆周运动物体的受力分析,设定的一个虚拟力。在定义上,对于作匀速圆周运动的物体,其离心力与向心力是同时存在、大小相同、方向相反的两个力

宇宙的任何物体都处于运动状态,太阳也是如此。运动着的太阳始终想向一个无边无际的方向直线飞去,当它受到银河系中心超大质量黑洞的万有引力牵引,由远及近一开始速度不断加大,同时改变了原本直线运动的方向,朝银河系中心黑洞位置靠近。距离近了,太阳受到黑洞的引力也进一步增加。

当改变了运动方向的那一刻,太阳的“离心力”就体现出来了,因为它好像受到某种拉扯(其实是惯性作业),还想继续保持前一刻的那种直线状态。但由于黑洞的这种牵引时刻都在发生着,太阳的直线方向也就时刻在改变着。

太阳受到的万有引力和离心力大小,分属的物理量有差异,最终会在其处于距离中心黑洞某个位置时两者达到动态平衡,从而使得太阳围绕中心黑洞做规则的圆周运动。

所以,如果太阳没有受到黑洞的吸引,它也就不会乖乖的停留在银河系了

但换句话说,太阳即使不在银河系逗留,在漫长的征途中它总会碰到其他一些大型黑洞,还是会出现如上的一幕,最终围绕另外某个黑洞旋转。

黑洞对地球的吸引

地球相对于太阳,就像太阳相对于银河系中心的黑洞一样。地球围绕太阳的公转,也是基于其圆周运动的离心力和太阳万有引力提供的向心力达到动态平衡。

万有引力公式:

万有引力常数G是个定值。两个天体,对同一个研究对象的引力大小,是与各自质量M(太阳)、M(黑)成正比,与研究对象距这两个物体的距离平方成反比。

这里说的研究对象,就是地球。而两个天体,就以太阳及银河系中心黑洞两个为例,则有:


如果说上式中M(黑洞)无法取准确数值,而无法计算准确结果的话,可以通过太阳受黑洞万有引力F(黑洞对太阳)=F(太阳向心力)=m(太阳)·ω²(太阳)·r(太阳距黑洞)的1/333000,近似为地球受到黑洞的引力大小。求得这个比值的结果约为2.5亿 :1

上面的ω(太阳)=Ч/t,Ч为2π,t为太阳公转周期约2.5×10⁸年;地球距黑洞的距离可以近视为太阳距黑洞的距离2.5万光年;而地球是太阳质量的1/333000,所以F(黑洞对地球)≈1/333000·F(黑洞对太阳)。当然,也可以直接用F(黑洞对地球)=m(地球)·ω²(地球)·r(地球距黑洞)来计算。这里的ω(地球)不是地球的公转周期,而是等同于太阳的公转周期ω(太阳)=2.5×10⁸年,且由于日地距离相对于太阳距黑洞距离的2.5万光年可以忽略不计,故r(地球距黑洞)≈r(太阳距黑洞)。求出的比值结果依然是2.5亿 :1。

由此可见,黑洞对地球也是与吸引的,而且引力还不小。但相对于“近水楼台”的太阳对地球的吸引力,黑洞的吸引力又显得九牛一毛,影响轻微,几乎可以忽略不计,甚至不值得一提。

黑洞对月亮的吸引

虽然问题中未提及黑洞对地球是否有吸引,及引力作用的影响大小。但增加这一讨论,也是为了更好回答黑洞对月亮吸引的影响。

月亮是地球的卫星,被地球吸引围绕地球做圆周运动。其实同理,月亮也会受到黑洞的吸引,当然还有太阳。我们现在需要讨论的是,月球受到地球吸引和黑洞吸引的引力大小比值。

同上第一节,将F(黑洞对月亮)=m(月球)·ω²(月球)·r(月球距黑洞),求得比值约为1.1亿 :1

太阳系内,月球离地球及太阳的距离,相对于太阳离黑洞2.5万光年均可以忽略不计,即r(月球距黑洞)≈r(地球距黑洞)≈r(太阳距黑洞)。月球伴随地球和太阳围绕银河系中心旋转,其ω=Ч/t中的t取值也是2.5×10⁸年。

1.1亿 :1,这也就是说,相对于地球对月亮的引力,黑洞对月亮的引力大小仍然可以忽略不计。

依此类推,其实我们还可以求出F(太阳对月亮) :F(黑洞对月亮),大小依旧约为2.5亿 :1。

由此我们又发现另外一个问题:太阳对月亮的引力大小,比地球对月亮的引力还大,是地球对月亮引力大小的2倍还多。

那么,月球为什么没有直接被太阳俘获,而成为了地球卫星,围绕着地球旋转呢?(欢迎大家评论区留意讨论)。

综上,太阳、月亮及太阳系其他成员,均受到了黑洞的吸引,但各自体现出的结果有较大差异。

黑洞对太阳的吸引,表现出了太阳围绕银河系中心旋转。

而在太阳的势力伞下,遥远的黑洞似乎有点鞭长莫及,对系内其他成员的影响力可以忽略不计。

标签: #黑洞 #太阳和月亮 #地球