开普勒第二定律说的是:
行星围绕中央恒星公转时,相同时间内,恒星和行星的连线所扫过的面积都是相等的。
换句话说,行星距离恒星远时,轨道速度慢(公转速度慢),而距离恒星近时,轨道速度快,因为此时两者的引力因为距离变近而增大,如果轨道速度不增加,那么离心力也不会增加,结果就是,行星会被恒星拉进自己的怀抱。
上图是各行星围绕太阳公转时,其轨道速度快慢的模拟图。
具体到详细的数值如下图:
提问的第一个问题是:
为什么距离太阳越近的行星公转越快?
您可以这样去理解,如果水星的轨道速度不是47.87公里每秒,而是0.00001米每秒?
那么,这会出现什么情况?
显然,近乎静止的水星,它将因为太阳的强大引力而被拉到太阳上,烧成渣。则水星也就不存在了。
水星要想存在,它必须绕太阳公转的速度足够快,如此才能产生足够大的“离心力”,离心力抵抗太阳的引力,得以平衡,故水星能存在。
提问的第二个问题是:
为什么距离太阳越近的行星,自转越慢?
我们先来看,这个提问是否合乎事实。
仔细看上面的表格,我们发现,不能说完全符合,但基本上是这样的规律,即:
距离太阳越近的行星,自转越慢。
地球自转1圈是1天,而水星和金星自转1圈分别需要58天和243天。【之所以表格中金星和天王星的自转周期前有负号“-”,这是因为这两家伙的自转方向与其他行星相反,也就是逆向自转。】
那么问题的原因是什么呢?
一是太阳系刚刚形成时,各行星的遭遇不一样。
比如说,地球刚形成不久,数十亿年前,地球本来转得更快,但有个大家伙从侧边撞了它一下,就像一个陀螺,你不是顺着它抽,而是逆向抽它,结果陀螺的转速就减少了。
第二个原因是潮汐锁定。
太阳对各行星有潮汐锁定的作用,距离太阳越近,潮汐锁定的效应越强。
比如水星距离太阳很近,相比地球,太阳对它的锁定更厉害。
再如,月球距离地球很近,所以地球对月球有强烈的潮汐锁定作用,结果是月球自转1圈需要27.32天。
实际上,潮汐作用是相互的,你能对我潮汐锁定,反过来,我也能对你潮汐锁定。
月球对地球的潮汐作用如上图。
由于月球距离地球很近,所以月球引力能在地球上带来涨潮——将海水拉起。
想象一下,地球在自转,同时带着海水转动,可是有一股力量(月球引力)在反方向拉着海水,从而出现潮汐。
今天拉一下,明天拉一下,拉了十几亿年后,地球的自转也就因此变慢了。
既然月球能让地球的自转变慢,那反过来,地球也能将月球的自转变慢,这是相互的。
当然,上面的例子中,只说地球和月球的潮汐锁定,实际上太阳也在对月球进行潮汐锁定,只是因为距离过于遥远(1.5亿公里),所以,相对的,地球对月球的潮汐作用更大。
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