missucathy2020-02-24

其實地球為什麼不會墜入太陽這個問題挺容易解釋的，也許用中學物理就能解釋清楚，甚至可以用遊樂場的設施來輔助理解，但地球為什麼會繞著太陽轉確實是個難題，牛頓曾經認為是“上帝推了它一把”，真是“上帝”動手了？

日球層庇護下的太陽系

一、地球為什麼沒有落入太陽？

其實這就和人造衛星在近地軌道上飛行一樣，它用足夠的速度環繞地球公轉來產生“離心力”，然後這個離心力與它和地球相互之間的引力對抗，如果相等，那麼它將在這個軌道上繼續執行下去！

這似乎挺簡單，因為遊樂場裡就有很多利用“離心力”的遊樂設施，當旋轉速度加快，慢慢就會遠離轉動中心，稱為離心力的最好體驗，但有一個問題，“離心力”有大有小，小了還是會掉下來，大了又會飛走，地球的“離心力”就剛好？

地球的公轉速度在遠日點和近日點時相差大約1千米，平均速度大概在29。8千米/秒左右。

有了公轉速度，有了地球和太陽的質量，那麼可以計算它們之間的引力和地球受到的“離心力”了！

根據萬有引力公式可得，兩者之間的萬有引力F=3。5173×10^22N

根據“離心力“公式計算可得，地球在1。5億千米的軌道上以29。8千米/秒公轉的時候“離心力”約為：3。5314*10^22N，為什麼會有些許差異？這是因為兩者計算過程中一些小數點取值的問題，我們基本可以認定，兩者大致相等的。因此地球仍然會在這個軌道上一直公轉下去。

二、地球為什麼會在太陽的軌道上公轉？真是上帝推了它一把？

上帝果然是萬能的，連地球都推得動！但事實上這和上帝也沒啥關係，地球的公轉和自轉都是引力勢能在角動量守恆的條件下坍縮形成的。

康德-拉普拉斯星雲說是現代被廣泛接受的太陽系起源說，因為在太陽系臨近的空間內都觀測到了大量的原始行星盤，比如獵戶座以及金牛座的原始星盤。

上圖是位於智利沙漠的阿塔卡馬毫米波/亞毫米波射電望遠鏡對金牛座HL Tauri的塵埃盤觀測連續譜影象，可以清晰的看到其中性恆星的形成以及周圍的同心圓結構，這表示行星正在形成。

上圖則是著名的船底座星雲的中形成恆星的前身：巴克球狀體，這是星雲在區域性在超過金斯質量或者受到擾動時候造成不穩定而引起坍縮的結構，這是一個恆星系必須要經歷的階段，一個巴克球狀體的典型質量為太陽的50倍左右，在內部有可能形成多顆恆星，當然也有可能是一顆。

原始星雲在坍縮過程中，落入中心的塵埃物質會將引力勢能轉換為角動量，因此星雲會逐漸扁平化，向原始恆星的黃道面富集，這也是原生恆星大都在黃道面（地球公轉平面）附近的原因，因為除了這裡以外，其他區域都沒有星雲物質了，如何形成行星？

在星雲物質富集到黃道面後，在這裡會逐漸形成行星的“博克球狀體”，在環繞中心公轉的同時逐漸成長，地球誕生於這個黃道面上，它與生俱來就是公轉的，並不需要擔心會落入恆星的引力陷阱。行星的分佈並沒有什麼規律，因為這些行星的“博克球狀體”可以在任何一個角落發生，但太陽系的行星分佈卻又一個非常有趣的提丟斯-波得定則

太陽系行星軌道之間的距離大致遵守提丟斯-波德定則，這是1766年德國的一位中學教師戴維·提丟斯所提出的，後來被柏林天文臺的臺長約翰·彼得歸納成了一個經驗公式。太陽系會形成這種奇怪的模式是因為行星之間的軌道共振引起的，也就是說當恆星系形成時，在它不同軌道上的行星引力會互相牽制，如果某顆行星所在的軌道與相互之間牽制的軌道有落差，那麼它會慢慢調整位置，最終落入這個軌道。

在2005年的時候，法國尼斯天文臺有4位天文學家發表了三篇論文，提出一個尼斯模型，他們認為木星早期形成時就沒有在現在的軌道上，而是會稍稍往外一些，最終調整軌道時導致了太陽系的一片腥風血雨，因為木星的質量高達其他行星的2。5倍以上，這一動導致了海王星軌道的外移，也將柯伊伯帶的大量彗星送入了內行星軌道，地球、月球、水星、金星都遭受了小行星的轟炸，當然這些彗星可能給地球帶來了大量的水，也讓地球內部水合物中的水分得以受到高溫而進入大氣層，冷卻後落下形成了大海，最終誕生了生命。

當然不管是什麼假設，地球形成了，在數十億年過程中誕生了生命，而現在生命發展成了文明，未來怎麼走，這已經不是自然界的問題了，而是人類要打算怎麼走！