太阳环绕银河系中心旋转一圈要多久?

机电学院浏览次数:  发布时间:2020-10-12

月球绕着地球旋转,转一圈的时间大约为27.3天;地球绕着太阳旋转,转一圈的时间为1年;那么,太阳又绕着什么旋转,转一圈需要多长时间呢?

在宇宙中,没有天体是绝对静止的,它们都会存在某种方式的运动,这可以通过牛顿力学来描述。宇宙中的天体之间都存在引力作用,如果没有通过某种作用来抵抗引力,天体之间将会发生碰撞。但在现实中,质量较小的天体会绕着较大的天体旋转,万有引力充当了圆周运动的向心力,所以天体系统可以长时间稳定存在。要知道,太阳系已经存在了46亿年。

在地月系统中,地球的质量远大于月球,所以地球的引力会束缚着月球,使月球不断绕着地球旋转。在太阳系中,太阳的质量远高于其他行星、卫星以及各种小天体,所以地球以及其他行星都会被太阳的引力束缚住,并绕其旋转。

同样地,太阳也有公转运动。在银河系中,分布着超过1000亿颗恒星,如果恒星没有公转运动,银河系早就乱成一锅粥。不过,太阳以及其他恒星的公转运动比较不同,不是绕着某个天体旋转。因为银河系的质量非常大,没有什么天体有足够大的引力来束缚住整个星系。

银河系中的所有天体产生了一个共同的引力中心,它就位于银河系中心,这也是银心之所以为银心的缘故。太阳以及其他恒星都是绕着银河系的引力中心旋转。

虽然银心中有一个超大质量黑洞??人马座A*,但太阳以及其他恒星并不是受到这个黑洞的引力作用而绕银心公转。与整个银河系的质量相比,人马座A*的质量是微不足道的,它只有银河系总质量的百万分之四。真正因为受到人马座A*的引力作用而绕其旋转的恒星都离黑洞非常近,目前只发现了几十颗,天文学家正是通过分析这些特殊恒星的运动来研究银心超大质量黑洞。

那么,太阳环绕银河系中心旋转一圈需要多长时间?

银河系的半径约为5万光年,太阳距离银心约2.6万光年,太阳轨道内部的银河系质量约为太阳质量的1000亿倍。太阳的公转运动也符合开普勒行星运动定律,所以可以根据开普勒第三定律:

其中T为太阳的轨道周期,即环绕银心公转一圈的时间;r为太阳的轨道半径,即太阳与银心的距离;G为万有引力常数;M为中心天体质量,这里是太阳轨道内部的银河系质量。

代入数据,可以算出太阳环绕银心旋转一圈需要大约2.1亿年的时间。考虑到太阳目前的年龄为46亿年,所以太阳绕着银心才转了不到22圈,太阳才过了不到22个银河年。

另外,根据圆周运动规律,太阳在银河系中的公转速度可达230公里/秒。虽然太阳以这么快的速度在星际空间中飞奔,但银河系实在太大了,转一圈需要非常漫长的时间。