分类：教育/科学-理工学科-天文学
问题：关于行星模型的若干问题“行星模型”是指太阳系中行星绕太阳运行，或 
“行星模型”是指太阳系中行星绕太阳运行，或者原子中电子绕原子核运行的类似现象，共同点都是受到一个反比于距离平方的有心力。通常我们处理这类问题时都是假设成为圆轨道来简化计算。在已有的开普勒三定律下，经过前人的推导计算，在这种有心力的作用下，物体的轨道实际是个椭圆形轨道，所绕的那个中心位于椭圆的一个焦点上。现在问题是，如果假设轨道是圆轨道，则也和开普勒第二第三定律符合。（第一是说椭圆轨道）。那么这种在有心力作用下轨道为什么不能是圆形？如果轨道是圆形，那么该有心理应是什么形式？假设质点在有心力下，初速度与有心力垂直，并满足向心加速度方“行星模型”是指太阳系中行星绕太阳运行，或者原子中电子绕原子核运行的类似现象，共同点都是受到一个反比于距离平方的有心力。通常我们处理这类问题时都是假设成为圆轨道来简化计算。在已有的开普勒三定律下，经过前人的推导计算，在这种有心力的作用下，物体的轨道实际是个椭圆形轨道，所绕的那个中心位于椭圆的一个焦点上。现在问题是，如果假设轨道是圆轨道，则也和开普勒第二第三定律符合。（第一是说椭圆轨道）。那么这种在有心力作用下轨道为什么不能是圆形？如果轨道是圆形，那么该有心理应是什么形式？假设质点在有心力下，初速度与有心力垂直，并满足向心加速度方程，那么能维持圆轨道吗？如果这样能，说明轨道形状与初始状态有关，那么太阳系的“第一推动”是怎样的？
回答：先从牛顿提出的切线力说起，关于切线力的提出，是因为牛顿晚年研究行星为什么会绕太阳遇到瓶颈而提出的。牛顿在他的万有引力定理中得出的结论是太阳对行星有引力，行星也会有一个排斥力。按照定理的结论，太阳系就应该是一个稳定的结构，行星与太阳之间是相对静止的。然而事实却是行星绕太阳不断椭圆旋转。牛顿的理论基础是物体在不受外力作用时总保持匀速直线或静止状态，若行星能绕太阳运动，那也就说明有一个力在太阳系形成之初"推了"行星一把，让其能永无止境地运转下去。牛顿把这个力命名为切线力。而切线力的来源牛顿也不知道，于是他把切线力与上帝联系在一起，提出是上帝推了行星一把，行星的运动是来自上帝的"第一推动力"。那么，近代物理学的发展是如何解决牛顿的“第一推动力”的呢？太阳系是一个特别完美的恒星系。之所以这样说，是因为它十全十美，以至于诞生了太阳，诞生了地球，诞生了生命，诞生了人类，诞生了牛顿和爱因斯坦。    我们几乎每天都能够看见头顶上的太阳、月亮和脚底下的地球。我们只知道它们是太阳系的成员，也了解了太阳系的基本结构和运动特征。但是，我们不知道它们从何而来？会走向何方？也不知道为什么太阳系会具有这样的基本结构和运动特征。更不知道为什么偏偏诞生了地球这么一个充满生命的世界。一、已有假说的优点和不足    关于太阳系的起源有不少假说，最著名的是十八世纪德国哲学家康德及拉普拉斯提出的气体圆盘星云假说。此假说认为：以氢为主的气体圆盘一形成，就开始收缩，并且定时遗弃一些环圈。这些环圈每个都会形成一个小旋涡，聚成一颗行星。这种小旋涡又会遗弃一些环圈，这些环圈又会形成一些更小的小旋涡，聚成一颗卫星。中心的气体云则凝聚成太阳。此星云假说比较圆满地解释了太阳系的共面性、近圆性和同向性。但是，却无法解释星云自转问题、角动量分布异常的问题、行星质量分布问题及九大行星自转轴倾角不一致的问题。    吸积假说和收缩假说是对康德假说的补充和完善。只是说明太阳形成后遗弃的物质靠吸积或收缩凝聚成行星。    俘获假说也是一种太阳系起源和演化的假说。其代表人物是苏联的施密特和费森科夫。他们认为：太阳从其它星云中俘获一部分星云物质，这些物质又凝聚成行星。     星云自转的触发问题是太阳系诞生的关键问题。牛顿提出：散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚。康德认为：星云圆盘一形成，就会在引力作用下马上开始收缩。有人说是电荷间的力使星云凝聚，也有人说是其它天体的引力扰动或附近超新星爆发的冲击波使星云开始坍缩。观察表明星云要有个足够的初始旋转速度，才会形成气体圆盘和密度较大的中心。但是，谁也没有说明是什么力量使星云开始旋转。星云为什么会旋转呢？是什么力量使星云开始旋转呢？为什么一定要同向旋转呢？应该有一个外来推动力。牛顿想到了第一推动力，但没有找到力源。于是，他转向了上帝。可能由于同样的原因，许多人不赞成甚至反对第一推动力。但是，自然界又确确实实存在着这么一个推动力。正是这个推动力创造并毁灭着宇宙。宇宙演化到今天，很多现象重复发生，以至于分不清因果。在星系的形成模式上也出现了混乱。当一个星系的射流击穿一片星云时，这片星云中就会诞生新星。但是，这并不是物质或冲击波使星云开始坍缩，而是使它们高速运动的力使星云开始旋转，旋转产生了新星。    角动量守恒问题也是太阳系起源无法回避的重要问题。角动量是物体到系统中心的距离与其动量的乘积。即：mvr。刚体的角动量守恒。非刚体的角动量不一定守恒。    假设m不变，则r增加时，v就要降低。但太阳系的实际情况（开普勒第三定律）是：rv2=常数，r增加时，v2就要降低。    假设r不变，则m增加时，v就要降低。但太阳系的实际情况是：mv2=常数，m增加，v2就要降低。    显然，非刚体的太阳系的角动量不守恒。为什么非要让它守恒呢？二、新星云假说1、两个假设    第一个假设：太阳系是一个大旋涡，具有旋涡力    旋涡力，即旋涡中的力，是一种自然力。宇宙中发现的四种力都是旋涡力。月球在旋转，地球在旋转，太阳系在旋转，银河系在旋转，黑洞在旋转，宇宙也在旋转。旋转的起因就是有旋涡力。旋涡力使星云旋转、收缩和割裂，大部分星云被旋向旋涡中心，少部分星云被遗留在外围。旋向旋涡中心的星云旋聚成较大的星球，遗留在外围的星云则旋聚成若干较小的星球。结果，太阳系就变得丰富多采了。关于旋涡的理论及计算公式，请查阅《旋涡论》。    第二个假设：太阳系角动量不守恒    旋涡是非刚体，角动量不一定守恒。    由于旋涡力的作用，太阳系物质不是简单地收缩，而是有规律地一边向旋涡中心运动，一边在旋涡中心向外喷撒。总物质不守恒，所以，角动量也不会守恒。2、太阳系起源假说——新星云假说    在两个假设的基础上，我提出新的太阳系起源假说—新星云假说。2．1星云旋涡的诞生    观察表明，银河系里的物质具有相对于银河系中心的每秒数百公里的运动速度，并且物质之间也具有相对速度，类似于在旋涡里运动。是什么因素或者说是什么力量产生了旋涡，使星云开始旋转的呢？    旋涡论认为：是旋涡力。旋涡力可以分成旋力和喷力两种力，旋力使物质向旋涡中心大规模聚集，喷力使物质向整个旋涡分散，结果，旋涡中的物质被慢慢分开。银河系就是一个大旋涡。银河系的旋涡力使星云旋转、收缩和割裂，大部分星云被旋向旋涡中心，少部分星云圈层被遗留在外围和边缘。旋向旋涡中心的星云旋聚成较大的星球；遗留在外围的星云则旋聚成若干较小的星球，星球又组成与中心同向旋转的旋臂；边缘的星云则成为银河系光环；形成旋转的银河系薄盘。在旋涡力的作用下，在银河系薄盘的一侧的一个巨大的主要由氢气组成的星云旋臂上诞生了一个较大的星云旋涡，这就是最原始的太阳系。2．2星云割裂    同理，太阳系的旋涡力具有分散和聚集太阳系内所有物质的能力。绝大部分星云物质在一个不太长的时间内旋向中心，只在外围留下了一个个物质大圈层,在边缘留下一个稀薄的星云环。大圈层里还会再分成一个个小圈层。圈层里的物质不一定永远均匀分布。在适当的时间和地方，圈层里的物质环会断开并旋聚，最终形成旋臂。物质圈层里的质量分布很有规律。尽管外侧大圈层的宽度是相邻内侧大圈层的2倍，但是，其质量面密度却只有内侧大圈层的10%。2．3太阳旋聚并发光    旋向中心的星云越旋越紧，旋转轴处的星云物质——氢气在喷力的作用下被迫沿着旋转轴向两极喷出。随着星云物质的旋聚，星云圆盘中央的厚度越来越大，阻滞了两极喷发，能量的积聚使旋涡中心的温度达到2000万度以上，引发了氢核聚变，产生的能量强行从两极喷出，太阳就开始发光了。这是原始太阳系最壮观的风景。2．4行星系诞生    太阳之外的星云圈层在旋涡力的作用下会发生断裂和再旋聚，形成气体行星系。靠近太阳的星云物质密度较大，行星系旋聚彻底，外侧的星云断裂后还可形成卫星。边部的星云物质密度较小，行星系旋聚时，星云环没有断裂而留下了光环。而旋涡边缘则是一道似动非动的太阳系光环。3、结论    太阳系——一个具有恒星、行星、卫星、小行星、彗星、行星系光环和恒星系光环的标准的恒星系是在银河系旋涡力的作用下诞生的。太阳系就是一个旋涡。太阳系旋涡力把太阳旋进了旋涡中心，把行星系留在外围，边缘处还留有一个太阳系光环。今天，我们正处于对太阳系进行史无前例的探测的时代。先进的宇宙飞船携带着自动着陆器和强大的望远镜，揭示了行星系、卫星系和行星环系的细节，它们多姿多彩而又令人目眩神迷。随着航天工程的飞速发展，太空船已在小行星上精确着陆，它们穿越彗尾，收集物质，采集太阳风的粒子。与此同时，我们对地球的了解也不断深入，包括发现在许多极端而严酷的环境下仍然有生命存在。这种认知，催生了天体生物学的新课题和新领域。激励人们去探索太阳系内是否还有地外生命形式存在。随着对于环绕其他恒星的行星的探测取得飞速进展，我们开始意识到一些更深入的问题：太阳系是如何起源的？是不是唯一的？ 现代太阳系天文学的一个重要内容，是地球与其他行星的比较以及不同行星之间的相互比较。太阳系内行星与其他大天体的集约研究称为比较行星学，能使我们获得关于地球的历史和未来的大量知识。补充回答如下：如果圆的话就没有近地点和原地点之说```那么就没有加速度（向心加速度除外）椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中，原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动，才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。 首先：正圆轨道也是椭圆轨道的一种，只不过是特殊的椭圆轨道。 如果要地球完全按照正圆轨道运转条件是十分苛刻的，首先就必须让太阳的其他行星消失，接着离太阳比较近的恒星也必须消失，否则他们就会对地球产生影响导致地球运转轨道的改变。 地球绕太阳公转，在给定的能量的条件下，可能的轨道有无数条，圆轨道只是其中的一条而已。如果想要地球按正圆轨道运行，地球的能量，动量要满足一定条件。就是任一时刻，地球的动能Ek和势能Ep的关系满足 Ek = -Ep/2。或者说当 Ek = -Ep/2时，地球运动方向垂直于日地连线。这个条件非常苛刻，即便是地球在正圆轨道上运行，一点微小的扰动都可以改变这种状态，使得地球在新的椭圆轨道上运行。 高中物理书上只是书人造卫星从远地点向近地点运动会加速，势能转化为动能。从近地点向远地点运动会减速，动能转化为势能。 当卫星速度正好为第1宇宙速度时，轨道为正圆。当卫星速度介于第1宇宙速度和第2宇宙速度之间时，轨道为椭圆。 严格来讲，所有人造卫星的轨道都是椭圆形的。。比如地球赤道同步卫星，是人类期望达到纯正圆形轨道的卫星，这样在地面上看地球赤道同步卫星，它会天空中的一个固定点。但是因为受多种其他因素的影响，卫星轨道不能完全达到正圆，而是一个比较接近正圆的椭圆。於是，在地面上看地球赤道同步卫星，它是在天空漂移，在画8字。 在万有引力作用下，行星绕恒星运动或卫星绕行星运动只有两种情况：椭圆或双曲线，其中只有椭圆是稳定的．圆只是椭圆的特例． 圆是一种理想状态，大多数卫星的运动并不要求达到圆的轨迹． 只有同步卫星希望更接近圆的轨迹．但实际上发射精度不可能达到正圆，而且空间力的作用复杂，任何因素的影响，都会使轨道发生变化，因此同步卫星也不是正圆的． 通俗的讲就是行星在绕太阳转的时候还受其他星体引力的影响，所以假如是正圆的话，向心力并不指向圆心，也会变椭圆 你去看看比耐公式。天体在有心力（万有引力）作用下，有三种轨道形式：椭圆、抛物线、双曲线。椭圆才是自然界普遍的圆，正圆只是椭圆的特例。假设真的有个行星鬼使神差地按照正圆轨道运行了，由于太阳系其它天体的引力影响，会很快破坏正圆轨道的完美对称状态，让它偏离自己的轨道，再回到稳定时的椭圆轨道上。而且所谓的椭圆轨道也并不是光滑的椭圆，比如天王星就在海王星的引力作用下在轨道上摆动着公转，椭圆的轨道其实也是计算时近似的结果，只是在天文计算中精确度已经足够了。