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有没有围绕行星公转的恒星?

2017-11-01  寒器

这个问题的答案其实不是很明确,因为公转只是一种相对概念。由于太阳的质量远大于太阳系中的其他天体,太阳系99.86%的质量集中在太阳上,使得太阳系天体的运动都受到太阳引力的束缚。正因为如此,太阳在太阳系中的位置似乎处在原地不动,而八大行星绕着太阳运动。然而,太阳其实不是原地不动的,而是与行星一起绕着它们的共同质心旋转。只是太阳的质量太大了,这个共同质心比较靠近太阳的质心,所以太阳的运动幅度很小,而行星的运动幅度很大。事实上,由于木星的质量较大,木星和太阳的共同质心其实是位于太阳表面之外,这样太阳的运动幅度就较为明显。

我们可以通过牛顿力学来计算出共同质心的位置。假设太阳的质量为M,木星的质量m,木星和太阳的平均距离为d(木星质心到太阳质心的平均距离),太阳质心到日木共同质心的距离为x。由于太阳和木星之间的引力提供了它们绕共同质心做圆周运动的向心力,可以列出如下的关系式:

化简得到:x=md/(M+m)

代入具体数值可以计算出太阳质心到日木共同质心的距离为74.3万千米,而太阳的半径为69.6万千米,所以日木共同质心位于太阳表面之外,与太阳表面相距4.7万千米。太阳和木星的运动示意图如下:

另一方面,恒星的质量下限为太阳的7.5%,相当于木星质量的78.5倍。行星的质量上限大约为13个木星质量,再往上就是褐矮星。因此,即便是质量最小恒星与最大行星的组合,两个天体的共同质心还是更偏向于恒星,但它们看起来更像是一个双星系统,其运动示意图如下:

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