一些天文常识——重力学扫盲学习笔记五
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在这一篇笔记中,将讲述三个常识性的天文学知识。尤其是后面两个,是后面知识的基础。
拉格朗日点
宇宙空间中的物体受到太阳和地球的引力作用。 如果在一个点上,太阳和地球引力的合力恰好使这个点上的物体随着地球围绕太阳公转,这个点就是拉格朗日点。 请注意随着地球围绕太阳公转的意思是物体围绕太阳公转,而不是围绕地球公转。 随着地球的意思是这个物体和地球有相同的公转角速度。下图表示了5个拉格朗日点。 前三个是欧拉发现的,后两个是拉格朗日发现的。拉格朗日是欧拉的学生。
月球的恒星周期和会合周期
把地球和月球都看成质点,月球围绕地球一圈需要的时间是 27.24 天,这是恒星周期。 然而, 如果在地球上看月球,经过 27.24 天,月球并没有回到原先的位置,这是因为地球在围绕太阳转动。 在下面的图中,A 中,地球上的笑脸在午夜看到月球。B 中 1 的位置时,笑脸也在午夜,月球也已经旋转了一周。 但是他不会觉得,月球经过了一个周期,因为此时月球不在天顶。而需要再旋转一定角度。 让地球上的观察者看到月球回到原先的位置的周期叫会合周期,月球的会合周期是 29.5 天。
地球和月球在地月系中的匀速圆周平动
在中学物理中,我们学习到的是说月球围绕地球的运动是匀速圆周运动。 大家应该时刻牢记,物理学所有知识是基于模型而言的,而不是自然事物本身。 匀速圆周运动这个说法是基于把地球和月球都看作质点而言的。在质点模型的前提下,地球和月球均是围绕地月系质心做匀速圆周运动。 但是,当要讨论地球月球之间的潮汐作用的时候,质点模型就不受用了。如果改用刚体模型,地球和月球做的是匀速圆周平动。 平动是说运动物体上任意两点所连成的直线,在整个运动过程中,始终保持平行。 同时又是圆周运动,意思是说地球和月球上每一个点确实是在做匀速圆周运动。 但是每个点围绕的圆心不同!地球质心和月球质心这两个点围绕的中心是地月系的质心,而其他点不是。 假设地球质心到地球其他某点的向量为a,则地月质心通过向量a评议后为这个点的圆周运动圆心。