? ? ? ? 第二冊(cè)我們開始新的學(xué)習(xí)，涉及到引力、系統(tǒng)、物質(zhì)與力的關(guān)系、特殊物質(zhì)等內(nèi)容。這一章我們進(jìn)入天體引力環(huán)節(jié)。

第一節(jié)? ? 引力的特征

? ? ? ? 引力是物質(zhì)間相互吸引、構(gòu)成天體及天體及天體系統(tǒng)的四大基本作用力之一。大到天體、小到原子都有引力。引力加速度是物體受天體吸引時(shí)在一定距離下產(chǎn)生的加速度。

? ? ? ? 物體收到的引力作用于物質(zhì)重心而指向施力物體重心，實(shí)際情況是由于物體各個(gè)組成部分到施力物體距離不等，使得其各部分受到的引力有一定的差別，但在計(jì)算中忽略不計(jì)。物體由于某天體吸引而繞其做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)其受到的引力方向總與運(yùn)動(dòng)方向垂直。

? ? ? ? 天體引力的大小與其質(zhì)量成正比，而物體受到天體的引力與二者質(zhì)量之積成正比，與它們距離的平方成反比，即F＝GMm/r^2其中G為萬有引力常數(shù)。G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

? ? ? ? 又根據(jù)F＝ma得a＝F/m，物體受引力加速度與其質(zhì)量成反比，兩式聯(lián)立得引力加速度g＝GM/r^2，物體受引力加速度與其自身質(zhì)量無關(guān)，因此相同距離下質(zhì)量不同的天體掉入一個(gè)質(zhì)量足夠大的黑洞所需時(shí)間相同。

第二節(jié)? ? 引力的影響

? ? ? ? 引力的大小對(duì)天體自身及其他天體都有影響。引力的大小影響自身形態(tài)，隕石引力過大時(shí)會(huì)從不規(guī)則形狀變?yōu)榍蛐?，紅巨星由于體積大，外部引力過小易脫去外部氣態(tài)物質(zhì)變成一顆高密度白矮星。

? ? ? ? 引力的大小還可以影響周圍天體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還可以影響繞其公轉(zhuǎn)天體運(yùn)動(dòng)速率，還影響自身對(duì)其他天體洛希極限的大小。

? ? ? ? 繞某天體公轉(zhuǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的天體，若該天體質(zhì)量增加，該物體運(yùn)動(dòng)速率將加快，此刻位置為遠(yuǎn)日點(diǎn)，對(duì)向軌道向內(nèi)收縮，該物體和中心天體連線與對(duì)向軌道交點(diǎn)成為近日點(diǎn)，若中心天體質(zhì)量繼續(xù)增大則近日點(diǎn)更近，最終近日點(diǎn)進(jìn)入中心天體內(nèi)部，而該物體一旦運(yùn)動(dòng)到對(duì)面將會(huì)撞向中心天體。

? ? ? ? 若中心天體質(zhì)量減小則剛好相反，軌道會(huì)逐漸拉長(zhǎng)直到變成雙曲線軌道，該物體將擺脫中心天體引力從而逃逸。若中心天體消失，則物體沿當(dāng)前軌道的切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

? ? ? ? 物體再近日點(diǎn)時(shí)受引力最大，運(yùn)動(dòng)速率最快，遠(yuǎn)日點(diǎn)則相反。物體同時(shí)受多個(gè)天體引力時(shí)，其受到的總引力為它們的合力，符合矢量相加的平行四邊形法則，這是計(jì)算多天體復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的重要橋梁。

第三節(jié)? ? 希爾球和洛希極限

? ? ? ? 某天體對(duì)物體隨處位置的引力大小與周圍其他天體相平衡時(shí)的點(diǎn)可以組成一個(gè)希爾球，太陽系的希爾球約半徑2光年。物體在此希爾球以里主要受該天體的引力影響。

? ? ? ? 洛希極限是天體在繞另一個(gè)天體時(shí)不被撕裂的最近距離，剛體（固體）密度大，洛希極限小，流體（液體、氣體）密度小，容易被撕裂，洛希極限值大。一般A天體密度達(dá)到B天體2倍以上，洛希極限將會(huì)在B天體表面以里，無論距離多近A都不會(huì)被撕裂。

? ? ? ? 流星現(xiàn)象就是由于隕石靠近地球時(shí)被撕裂、又被大氣層灼燒從而“拖著小尾巴”。由于白矮星、中子星、黑洞密度高，體積小，有時(shí)看起來距離它們遠(yuǎn)都會(huì)被它們撕裂。

? ? ? ? 天體繞行公轉(zhuǎn)時(shí)，若公轉(zhuǎn)位置超過希爾球時(shí)很可能將逃脫該天體引力束縛。兩天體靠的過近時(shí)若質(zhì)量密度相差不大，它們之間物質(zhì)會(huì)由于撕裂而相互轉(zhuǎn)移，同時(shí)它們也會(huì)因?yàn)槌毕^大將其雙方表面加熱，從而產(chǎn)生燈塔效應(yīng)。

第四節(jié)? ? 常見的引力效應(yīng)

? ? ? ? 一個(gè)天體從另一個(gè)天體表面略過時(shí)瞬間加速，并且使其原有軌道造成變化的影響為引力彈弓效應(yīng)。通常，一個(gè)天體從另一天體前方或側(cè)方向略過時(shí)，會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)方向和大小，在引力加速時(shí)A天體的速度最多可以增加B天體速度的兩倍。如果一天體從另一天體后方略過時(shí)，前面的天體會(huì)被減速。

? ? ? ? 除此之外，如果一天體在另一天體公轉(zhuǎn)黃道面的上方略過時(shí)，這時(shí)候它們不在同一平面內(nèi)，那么原天體會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，而對(duì)向軌道會(huì)向下移動(dòng)，從而使軌道面有了一定傾角，這屬于軌道傾斜。

? ? ? ? 通常在天體減速時(shí)，引力加速效應(yīng)會(huì)讓天體更容易飛離系統(tǒng)；而在天體加速時(shí)，引力減速效應(yīng)會(huì)讓天體更容易撞上公轉(zhuǎn)主天體。引力彈弓還可以實(shí)現(xiàn)霍曼轉(zhuǎn)移，從A天體希爾球進(jìn)入B天體希爾球。如天問一號(hào)。單純的近日點(diǎn)加速和航天體噴氣的反作用力加速都不屬于引力彈弓效應(yīng)。

感覺到這期內(nèi)容比之前第一冊(cè)的難了吧。本期關(guān)于“天體引力”內(nèi)容就到這里了，下期是第六章的天體系統(tǒng)，比這一章還要更復(fù)雜，需要大家有更強(qiáng)的心理準(zhǔn)備。