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怎麼計算行星的年齡

圖文 更新时间:2024-06-15 06:58:53


怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)1

這其實是件相當酷的事情。

牛頓憑借着他萬有引力的理論而聞名世界。他證實了兩個物體間的吸引力是可以通過兩個物體的質量、他們距離的平方以及萬有引力常數計算得出的。當你把一個蘋果放在天平上,你其實是在測量蘋果和地球之間的力。蘋果的質量是取決于它和地球兩者的質量,如果地球的質量不同了,蘋果在地球上的質量也會改變。

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)2

所以,一旦我們測出了蘋果的重量,就可以回過頭來。我們可以很容易轉換蘋果的重量來找到它的質量。我們也知道蘋果中心到地球中心的距離,因為我們知道地球有多大(我們先測出地球有多大是另一個故事了,當然也是有趣的一個)。有了這些數據,我們不知道的就是地球的質量和萬有引力常數了。如果我們知道了一個,我們就可以利用牛頓的方程來計算出另一個了。

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)3

卡文迪許是一位聰慧且富有的,但卻内向又古怪的十八世紀的科學家。他在科學領域有着相當多的突破性發現,但許多都沒有被發表出來。但是他發表了的發現中就有一個是萬有引力常數。這就看到啦,重力意味着所有物體間都存在着吸引力,并不隻有行星和星星。所以你把一個大的沉的金屬球放在另一個大的沉的球體旁邊,他們之間也存在着吸引力。

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)4

當然了,相比于行星,對于350磅的金屬塊來說,這個吸引力是極其極其微小的,但它仍然是客觀存在的。一位叫John Michell的業餘科學家兼職牧師,他發明了一套相當精緻的裝置來測量這種微小的吸引力,并且死後将它留給了卡文迪許。在經曆了許多挫折和錯誤之後,卡文迪許設法開始了一個精确測量一對金屬球間引力的實驗。知道了引力、球的質量、它們之間的距離,卡文迪許能精确計算萬有引力常數。(以防好奇寶寶追問,萬有引力常數就是6.67*10-11m2/kg*s2)

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)5

知道了這個數字,我們就能為全世界解決質量等式。每次你站在浴室裡的稱上,你就可以測量行星的質量。如果我們知道你距離地球中心的距離,然後我們就能用牛頓的萬有引力等式算出來你所在的行星的質量。更進一步,一旦我們知道地球的質量,我們就可以用軌道觀測來計算月亮和太陽的質量,然後我們用它們的質量也能得到太陽系中其他行星的質量。這切的測量第一次可能成為現實是通過一位200年前的英國人 留下的瑣碎而精緻的遺産實現的。

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)6

行星質量是對類似行星物體的測量。在太陽系中,行星通常以天文系統單位測量的,質量單位是太陽質量(M☉)。在研究太陽系外行星時,對于大量氣體的巨型行星通常是以木星(MJ)做測量單位,對于較小的岩石地上行星通常以地球(M⊕)做測量單位。

在太陽系内行星的質量是在準備星曆表時校正後的參數。在如何計算行星質量中有三個變量:

如果一個行星有天然的衛星,它的質量可以用牛頓萬有引力定律計算,從而得出開普勒三定律的概括内容,其中包括行星及其衛星的質量。這樣可以用太陽質量當單位來預先測量木星質量。

怎麼計算行星的年齡(如何給行星稱體重)7

從一個行星對其他行星軌道的影響可以推斷出它的質量。在1931-1948年,這個方法的錯誤應用導緻了對冥王星質量的錯誤計算。

可以使用從太空探測器軌道收集的數據。例如旅行者号對外行星的探測和信使号對水星的探測。

另外,許多其他方法也能給出合理的近似值。例如,瓦魯納這一潛在的矮行星,和豪邁這一矮行星一樣,在它的軸上快速旋轉。豪邁必須要有很大的密度,以防被離心力撕成碎片。通過一些計算,可以對物體密度設置限制。因此,如果已知一個物體的大小,一個對于質量的極限可以被确定。更多有關的詳細信息,請參看鍊接。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 他在狂笑- forbes

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