星球的质量是如何被“称量”出来的?
科普小知识2022-10-18 11:11:31
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直接测量行星的质量相当困难。世界上没有称地球质量的事情。即使它能被制造出来,像太阳这样的高温恒星在与它接触之前就会融化。因此,通过探测器绕行星飞行来间接测量行星的质量是极其重要的。
探测器绕着行星飞行。
计算行星质量
要知道如何测量行星的质量,首先必须了解牛顿万有引力定律。根据牛顿万有引力变形公式,行星质量m的表达式可以写成。其中,g为万有引力常数,取值为6.67× 10-11n m2/kg2,r为行星半径,t为探测器围绕行星的周期。因此,只要我们能测量行星的半径或直径以及探测器围绕行星旋转的周期,我们就能很容易地获得行星的质量。
严格地说,我们看到的所有行星都不是规则的球体,或多或少是“平的”,有点像椭圆体。因此,在测量恒星的半径时,只进行近似测量。对于恒星半径的测量,可以通过测距仪在地球上直接测量。
测量行星半径
关于行星半径的测量,我们可以用一个测距仪来测量从地球上的点到行星顶部和底部的距离l(如果行星离我们更远,从地球到行星顶部的长度L0趋向于从地球到行星底部的长度L1,这通常被认为是相等的)。在测量过程中,很容易知道仪器改变的角度θ。然后利用三角函数的数学知识就可以很容易地计算出未知行星的半径r。
测量行星的质量只是一个近似值。
在我们近似计算出行星的半径后,我们可以将测量值代入上面的行星质量表达式来计算行星的质量。从以上分析,不难看出行星的测量半径、行星的不规则形状等因素,行星的最终质量只是一个近似值。此外,即使测得的行星形状是一个规则的球体,在精确测量其半径后,牛顿万有引力公式也只能粗略计算出行星的质量。为了更准确地获得行星的质量,我们必须依赖爱因斯坦的广义相对论,这是另一个更复杂的话题。