水星那么小,离太阳那么近,没有被太阳吞噬?

水星距离太阳平均5800万公里,水日之间的距离是太阳直径的42倍,放在广袤无垠的宇宙空间中来看还是蛮近的,它是离太阳最近的一颗行星。
虽然离太阳比较近,但由于比较小,在地球表面肉眼不常见。
由于离太阳较近,水星正对太阳的表面温度高达452摄氏度,但这并不足以熔化水星。
在太阳
【菜科解读】
水星是太阳系内体积和质量最小的行星,绕太阳公转一圈需要88天。
水星距离太阳平均5800万公里,水日之间的距离是太阳直径的42倍,放在广袤无垠的宇宙空间中来看还是蛮近的,它是离太阳最近的一颗行星。
虽然离太阳比较近,但由于比较小,在地球表面肉眼不常见。
由于离太阳较近,水星正对太阳的表面温度高达452摄氏度,但这并不足以熔化水星。
在太阳风的高速轰击下,表面的一些物质被逐渐剥离,这导致水星上完全没有空气,只剩下一个主要由金属构成的岩体。
它大约由70%的金属和30%的硅酸盐组成,平均密度在太阳系八大行星中是第二高的,仅次于地球。
水星离太阳这么近,又这么小,为何没有被太阳吞噬?或者说,为什么没有掉到太阳上?这个问题其实在牛顿时代就已经被解决了,类似的还有月球为什么没有坠向地球?。
水星为什么会绕着太阳转?水星从诞生起就具有一定的速度。
宇宙空间几乎完全是真空,广袤无垠,水星的运动几乎不会受到阻力,由于存在巨大的惯性,水星几乎可以永远运动下去。
任何有质量的物体之间都存在相互吸引的力,这个力被称之为万有引力,太阳、地球、水星和月球等天体的运动就与万有引力有关。
由于太阳的质量比水星大很多,在太阳引力的作用下,水星的运动轨迹会不断发生改变,就会绕着太阳公转。
实际上是绕着它们的共同质心旋转,不过这个质心在太阳上。
如果没有引力,水星将会飞出轨道,在宇宙中漂流。
在17世纪,德国天文学家开普勒就根据第谷等人的观测数据总结出了关于行星运动的初步规律。
水星以近椭圆轨道绕太阳公转,其公转轨道与水星的质量和大小无关,而与两者之间的距离有关。
行星的公转速度会随着公转轨道半径的增加而减小,距离远了,速度慢了,公转周期自然会变长。
比如,水星绕太阳公转的平均速度为47.9千米每秒,地球离太阳更远,它绕太阳的平均公转速度为30千米每秒,绕太阳一周大约需要365天。
木星是太阳系内最大的行星,距离太阳更远,可公转速度并不快,仅为13千米每秒,而绕太阳公转一周则需要11.86年。
引力的大小由两个天体之间的质量和距离共同决定,距离越近,两个天体之间的质量越大,它们之间的引力就越强。
两个天体之间虽然存在引力,但这并不意味着小质量的物体就必然会掉向大质量的物体。
只要速度达到环绕速度,就能够绕着该天体旋转,而不掉向该天体。
人造卫星与地球之间的距离就比月球与地球之间的距离更近,但是当人造卫星达到7.9千米每秒时,便不会掉向地面。
月球没有撞向地球,水星没有坠向太阳表面,都是这个道理。
太阳系诞生于一片旋转的星云,太阳和八大行星等天体形成之前,它们就具有一定的旋转速度。
形成过程中,速度不够的都掉到太阳上去了,八大行星等都是因为拥有足够快的速度,才没有掉到太阳上去,被太阳吞噬。
行星自转和公转的动力都继承于该星云。
#p#分页标题#e#行星绕恒星的运动过程中,引力提供了向心力,而离心力(一种虚拟力,并不真实存在)的提供者则是行星的运动惯性。
当这两个力之间保持平衡,水星的公转轨道也会保持稳定,水星既不会掉到太阳上去,也不会远离太阳。
即使把太阳换成黑洞,只要水星的公转速度足够快,没有进入黑洞视界范围,也不会掉进黑洞。
只要速度足够快,还能够摆脱该天体的引力束缚,这个最小的速度被称之为天体表面的逃逸速度。
地球表面的逃逸速度又叫做第二宇宙速度,大小为11.2千米每秒,也就是说只要物体的运动速度达到这个速度就能够脱离地球引力的束缚。
而对于太阳这样的庞然大物,其表面的逃逸速度高达617.7千米每秒。
距离太阳越远,受到太阳引力的影响也就更弱,摆脱太阳引力所需要的速度也就更小。
在地球轨道,要摆脱太阳的引力束缚,速度要达到第三宇宙速度,即16.7千米每秒。
即使距离很近,当水星拥有足够快的公转速度,仍然不会被太阳吞噬。
不过,水星与太阳的距离不能超过洛希极限。
如果距离过近,超过了水星的刚体强度,太阳巨大的潮汐力将会把水星撕碎。
帕克探测器由NASA发射于2018年8月,它是人类发射的距离太阳最近的探测器。
其在第一次近日飞行时就打破了阿波罗2号探测器于1976年创下的距离太阳表面4273万公里的纪录,达到了2400万公里。
2020年1月,帕克探测器完成了第四次近日飞行任务,距离太阳最近时仅1867万公里。
预计到2024年,帕克太阳探测器距离太阳最近时仅600万公里,到那时,帕克太阳探测器在近日点绕太阳公转的速度将达到200千米每秒,不过那时它也将完成探测使命。
如此快的速度,主要是太阳引力的加速作用。
探测器无论是绕地球运动,还是绕太阳运动,在运动过程中的总能量几乎保持不变。
当探测器靠近太阳时,引力势能减小,动能就必然会增加,公转速度自然也会加快,这就是探测器在近日点会加速的原因。
在这种动态平衡状态下,如果水星距离太阳更近一些,它的公转速度也会更快,这保证了水星不会掉向太阳。
水星的未来水星的公转轨道并非一成不变,会受到多种因素影响。
水星在太空中运动时并非毫无阻力,会受到其它天体引力的影响,速度会逐渐变慢。
而根据广义相对论,引力本质上是时空弯曲,质量越大的物体对时空的弯曲效应越强。
水星在绕太阳运动的过程中除了会发生进动现象,还存在引力辐射,水星的动能会被引力波带走。
在这些作用的影响下,水星会以螺旋形式逐渐向太阳靠近。
不过,随着太阳的不断燃烧,太阳的质量会减小,引力束缚会变弱,水星的轨道又会向外移。
此外,阳光照射到物体表面,会对物体施加一个压力。
面对太阳这样的巨大光源,太阳施加的辐射压力也会使水星的轨道向外转移,不过这种影响比较微弱。
#p#分页标题#e#在这些影响中,究竟谁强谁弱,并不好判断。
虽然在太阳的有生之年,水星并不会掉到太阳上去,但并不代表水星不会被太阳吞噬。
大约在50亿年后,太阳将会衰老死亡,到那时,太阳的体积将会膨胀许多倍,连金星也将会被吞噬掉,水星自然也逃脱不了这个命运。
一种降低在月球上丢失太阳能漫游车风险的新方法
大多数用于太阳能供电的长距离导线规划算法没有主动考虑可能的导航延迟。
在这里,虚白色路径显示了一个计划,该计划将PSR内的漫游车尽快引向阳光,但它对可能的延迟没有弹性,这种延迟将导致漫游车落后于计划,并错过关键的太阳能充电事件。
另一方面,主动考虑延迟 蓝线的规划策略将使漫游车走上潜在的更长但更安全的轨迹。
鸣谢:uux.cn/背景图像和蝰蛇漫游者渲染:美国宇航局和亚利桑那州立大学。
据美国物理学家组织网(英格丽德·法德利):美国宇航局和世界各地的其他太空机构定期向太空发送机器人和自动飞行器,以探索太阳系中的行星和其他天体。
这些任务可以大大提高我们对太阳系其他地方的环境和资源的了解。
多伦多大学航空航天研究所和美国宇航局喷气推进实验室 JPL的研究人员最近进行了一项研究,探索可以提高使用太阳能漫游车进行月球探索的有效性和成功率的回收策略。
他们的论文预先发表在arXiv上,介绍了一种新的方法,可以帮助太阳能漫游车安全地离开月球上永久的阴影区域。
领导这项研究的研究员Opvier Lamarre告诉Phys.org:近年来,几个国家已经表示对探索月球南极感兴趣,包括美国、中国、印度、俄国和其他国家。
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他们中的大多数人计划使用太阳能漫游车来探索经常处于阴影中的区域 称为永久阴影区,或PSRs,我们怀疑这些区域可能包含大量的水冰。
可以想象,用太阳能漫游车进入PSR是一项冒险的尝试!如果漫游车因故障而延迟,它可能无法在能量耗尽前回到阳光中。
太阳能漫游车在能效方面有许多优势,但它们受到依赖太阳光运行的限制。
由于月球上的一些区域永久处于阴影中,漫游者对阳光的依赖可能会阻止他们安全地探索然后离开这些区域,导致他们在执行任务时耗尽能量。
拉马尔和他的同事最近工作的一个关键目标是量化失去太阳能漫游车的概率,因为他们正在探索月球上的这些阴影区域。
此外,该小组希望设计一种方法,帮助最大限度地提高太阳能漫游车安全完成任务的概率。
首先,我们需要定义太阳能漫游车在月球南极‘安全’意味着什么,拉马尔解释道。
为了做到这一点,我们关注漫游车在什么地方、什么时间离开PSR,以及它的电池还剩多少能量。
这表明了漫游车在下一段任务之前是否可以在原地冬眠 因此,在那之前保持安全。
然后,我们计算一种在线遍历规划方法,漫游车可以从任何起始状态 包括PSRs内部开始遵循该方法,以最大化其生存概率。
拉马尔及其同事概述的规划方法被称为恢复政策,因为它本质上是一种后备策略,允许漫游车最大限度地增加到达安全的机会 即阳光将到达的区域,为其电池充电。
在他们的论文中,研究人员表明,在这种情况下计算这种复苏政策可能具有挑战性,因为它需要几个近似值,如果非常不正确,可能会影响整体预测的可靠性。
例如,时间是我们状态空间的连续维度,需要离散化,拉马尔说。
我们需要确保这种近似/离散化不会危险地扭曲对故障概率的预测。
在月球南极,太阳光照是高度动态的;附近的山脉和环形山可能会在地表投下巨大的阴影。
如果与 近似政策假设相比,漫游者稍微落后于计划,它可能会错过关键的太阳能充电期。
如果比政策设想的提前一点,也是如此。
由于这些时间近似值极大地影响了太阳能漫游车回收政策的可靠性,拉马尔和他的同事们保持了高度保守。
这最终将失败的风险降至最低,同时增加了该策略在现实任务中保持安全的可能性。
我们认为这种方法在许多方面都是有用的,拉马尔说。
首先,它代表着向远程自主移动规划算法迈出了一步,该算法主动考虑 或‘推理’太阳能漫游车的风险。
此外,我们的技术可以成为人类操作员在月球南极制定新的月球车任务的有用工具 它可以用于着陆点选择、全球遍历规划和风险预测等,甚至可以通过地面回路操作支持正在进行的任务。
在未来,这个研究小组引入的回收政策可以应用于月球上的真实世界探索任务,以降低在阴影区域丢失太阳能漫游车的风险。
由于最近的研究是与美国宇航局的JPL合作进行的,这种方法很快就可以在各种现实的月球场景中进行测试。
到目前为止,我们使用Cabeus环形山的轨道数据测试了我们的方法,但我们希望使用美国宇航局定制的太阳照明地图,并将我们的技术应用于月球南极的许多其他区域,这些区域有一天将被机器人或载人任务访问,如Shackleton,Faustini,Nobile,Haworth和Shoemaker环形山,Lamarre补充道。
此外,我们目前正在研究新一代风险预测远程导航算法,用于利用太阳能漫游车探索月球南极。
月球,太阳系中第五大行星地球卫星
例如在我们民间最有名是嫦娥奔月,这个神话故事一直流芳百世。
许多科学家一直在探索其中奥秘,,最终在1969年时候宇航员终于登上了月亮,开启了对外空世界新的探索篇章。
月球简介图片中就是我们地球的卫星,这是太阳系中第五大行星。
月球直径是地球的四分之一,质量是地球的八十一分之一,距离地球有38万千米,其质量在太阳系中最大,对于月球形成,一些科学家推测可能是在45亿年前。
在月球表面有阴暗和明亮区域,亮区是高地,称为月陆;暗区是平原,称为月海。
月球的表面被巨大的玄武岩层所覆盖,除了玄武岩构造,月球的阴暗区,还存在其他火山特征。
大部分月球火山的年龄在30-40亿年之间;典型的阴暗区平原,年龄为35亿年;最年轻的月球火山也有1亿年的历史。
月食现象是指当月球行至地球的阴影后时,太阳光被地球遮住。
月食现象可分为月偏食、月全食两种,当月球只有部分进入地球的本影时,就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影之时,就会出现月全食。
人类登月在1969年7月时候,美国阿波罗载着三位宇航员成功登上了月球,这是人类历史上首次出现。
直到今天,月球上一共插上了6面美国国旗。
据有关报道,在美国登陆月球之后看到了外星人的采矿器和一些外星飞船。
在2013年中国嫦娥三号机器人首次登陆了月球,圆了国人多年的探月梦。
接下来重点就是嫦娥四号选择是难度极大的月球背面登陆,希望中国嫦娥四号能成功发射,能成功着陆月球背面,成功向地球人类送回珍贵的月球数据。