天文第二册第五章：天体引力

        第二册我们开始新的学习，涉及到引力、系统、物质与力的关系、特殊物质等内容。这一章我们进入天体引力环节。

第一节    引力的特征

        引力是物质间相互吸引、构成天体及天体及天体系统的四大基本作用力之一。大到天体、小到原子都有引力。引力加速度是物体受天体吸引时在一定距离下产生的加速度。

        物体收到的引力作用于物质重心而指向施力物体重心，实际情况是由于物体各个组成部分到施力物体距离不等，使得其各部分受到的引力有一定的差别，但在计算中忽略不计。物体由于某天体吸引而绕其做圆周运动时其受到的引力方向总与运动方向垂直。

        天体引力的大小与其质量成正比，而物体受到天体的引力与二者质量之积成正比，与它们距离的平方成反比，即F＝GMm/r^2其中G为万有引力常数。G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

        又根据F＝ma得a＝F/m，物体受引力加速度与其质量成反比，两式联立得引力加速度g＝GM/r^2，物体受引力加速度与其自身质量无关，因此相同距离下质量不同的天体掉入一个质量足够大的黑洞所需时间相同。

第二节    引力的影响

        引力的大小对天体自身及其他天体都有影响。引力的大小影响自身形态，陨石引力过大时会从不规则形状变为球形，红巨星由于体积大，外部引力过小易脱去外部气态物质变成一颗高密度白矮星。

        引力的大小还可以影响周围天体的运动状态，还可以影响绕其公转天体运动速率，还影响自身对其他天体洛希极限的大小。

        绕某天体公转做圆周运动的天体，若该天体质量增加，该物体运动速率将加快，此刻位置为远日点，对向轨道向内收缩，该物体和中心天体连线与对向轨道交点成为近日点，若中心天体质量继续增大则近日点更近，最终近日点进入中心天体内部，而该物体一旦运动到对面将会撞向中心天体。

        若中心天体质量减小则刚好相反，轨道会逐渐拉长直到变成双曲线轨道，该物体将摆脱中心天体引力从而逃逸。若中心天体消失，则物体沿当前轨道的切线方向做匀速直线运动。

        物体再近日点时受引力最大，运动速率最快，远日点则相反。物体同时受多个天体引力时，其受到的总引力为它们的合力，符合矢量相加的平行四边形法则，这是计算多天体复杂运动的重要桥梁。

第三节    希尔球和洛希极限

        某天体对物体随处位置的引力大小与周围其他天体相平衡时的点可以组成一个希尔球，太阳系的希尔球约半径2光年。物体在此希尔球以里主要受该天体的引力影响。

        洛希极限是天体在绕另一个天体时不被撕裂的最近距离，刚体（固体）密度大，洛希极限小，流体（液体、气体）密度小，容易被撕裂，洛希极限值大。一般A天体密度达到B天体2倍以上，洛希极限将会在B天体表面以里，无论距离多近A都不会被撕裂。

        流星现象就是由于陨石靠近地球时被撕裂、又被大气层灼烧从而“拖着小尾巴”。由于白矮星、中子星、黑洞密度高，体积小，有时看起来距离它们远都会被它们撕裂。

        天体绕行公转时，若公转位置超过希尔球时很可能将逃脱该天体引力束缚。两天体靠的过近时若质量密度相差不大，它们之间物质会由于撕裂而相互转移，同时它们也会因为潮汐力过大将其双方表面加热，从而产生灯塔效应。

第四节    常见的引力效应

        一个天体从另一个天体表面略过时瞬间加速，并且使其原有轨道造成变化的影响为引力弹弓效应。通常，一个天体从另一天体前方或侧方向略过时，会改变其运动方向和大小，在引力加速时A天体的速度最多可以增加B天体速度的两倍。如果一天体从另一天体后方略过时，前面的天体会被减速。

        除此之外，如果一天体在另一天体公转黄道面的上方略过时，这时候它们不在同一平面内，那么原天体会向上运动，而对向轨道会向下移动，从而使轨道面有了一定倾角，这属于轨道倾斜。

        通常在天体减速时，引力加速效应会让天体更容易飞离系统；而在天体加速时，引力减速效应会让天体更容易撞上公转主天体。引力弹弓还可以实现霍曼转移，从A天体希尔球进入B天体希尔球。如天问一号。单纯的近日点加速和航天体喷气的反作用力加速都不属于引力弹弓效应。

感觉到这期内容比之前第一册的难了吧。本期关于“天体引力”内容就到这里了，下期是第六章的天体系统，比这一章还要更复杂，需要大家有更强的心理准备。