水星是太阳系中距离太阳最近的一颗行星,半径只有2400公里左右,甚至还没有一些气态行星的卫星体积大,在太阳系的行星中属于“小不点”。在我们的印象中,如果一个星体距离一个大质量的天体(比如恒星或者黑洞)时,就会由于巨大的引力作用而被吸引进去,那么为何水星距离太阳最近,在这么长的时间内没有被太阳吞噬呢?
如果我们从万有引力的公式可以看出,两个星体之间的引力大小,与二者的质量乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比。因此,太阳对行星的引力大小,应该是这颗行星的质量越大,其相互之间的引力值也会越大,水星质量那么小,相应的在同等距离条件下受到的太阳引力也会小很多,因此这不能成为能否被太阳吸引过去的理由。
在一个恒星系统中,无论是恒星还是行星,它们的诞生都来源于上一任大质量恒星完成超新星爆发之后,所释放的巨量星际气体和尘埃等物质。在引力扰动的影响下,这些星际物质逐渐发生聚集和坍缩,在坍缩过程中,重力势能的转化以及星际物质的碰撞和摩擦,推动着核心区域的温度逐渐升高,当核心区的物质积累达到一定程度之后,核心区的温度和压强也逐步提升,那些聚集来的星际气体就会发生电离,形成浓密的自由原子和电子组成的等离子体,当温度达到1000多万摄氏度以后,在量子隧穿效应的作用下,核心区便激发出了氢核聚变反应,恒星就此产生。
而恒星周围那些尚未被吸收的星际物质,则继续围绕着若干核心开始聚集,并逐渐继承了原先具有的角动量,使得后来形成的行星以一定的速度围绕着恒星公转。通常情况下,在距离恒星越近的区域,由于重力势能转化为内能的程度越高,坍缩剧烈程度也比外围高,星际物质的分布密度也越大,因此角动量的总和也会比外围高,越靠近恒星,其角动量越大,最后所聚合形成的行星继承的角动量也越多,从某种意义上来说造成了围绕恒星公转的速度也越快。说得再彻底一点,行星在形成之前,那些转动速度不够、角动量不足的星际物质,都被恒星所吞噬吸收了,留下来的高角动量星际物质奠定了行星形成的物质基础,也推动了行星公转速度随着距离恒星越近,其数值就越大这种局面的产生。
太阳及太阳系中的各个行星,都遵循着上述这个“通用”的过程。水星之所以没有被太阳吞噬,关键还在于其继承的那些星际物质角动量,使其具有了非常高的公转速度。从理论上来分析,我们可以这么看待这个问题。按照爱因斯坦的广义相对论,凡是有质量的物体,都会对周围的时空产生弯曲,其它物体在经过这个弯曲的时空时,就会沿着测地线的方向向着引力源中心“坠落”,星体质量越大,时空的弯曲程度就越高,其它物体坠落的趋势就越明显,这也是用广义相对论解释引力产生的简易理解。
在此条件下,如果其它物体的运动速度很快,沿着大质量星体造成的测地线进行运动时,就有一定的几率逃脱这种因时空弯曲而产生的“引力漩涡”,这时的速度就称为这个星体的逃逸速度,而速度值的大小与物体的质量没有任何关系,仅与物体的切向线速度有关。在天体力学中,将能够围绕这个天体运行的最低速度称为这个星体的第一宇宙速度,其计算公式为V1=(G*M/r)^(1/2),其中G为万有引力常数,M为星体的质量,r为物体与星体质心的距离。而能够逃离引力束缚的最低速度称为这个星体的第二宇宙速度,其计算依据是物体在该速度之下的最低动能,应该能克服物体的重力势能,也就是说E动=1/2m*V2^2=E重=G*M*m/r,进而可以求出第二宇宙速度值为(2GM/r)^(1/2)。从上述第一和第二宇宙速度可以看出,任何星体,其第二宇宙速度与第一宇宙速度的比值均为1.44(根号2)。
通过上面的公式,我们可以计算出在水星的轨道处,只要公转速度值大于太阳的第一宇宙速度而小于第二宇宙速度,就能保证其环绕着太阳运行。实际上,水星目前的平均公转线速度为47.89公里/秒,正好处于这个区间之内。这种计算过程,实际上是一种对水星能够围绕太阳运行的一种验证,是一种理论上的推导,在太阳系形成过程中,包括水星的各大行星,在其形成过程中所继承的星际物质的角动量,实际上产生的公转线速度,也都是在与太阳的不同距离之间博弈的结果,角动量大点,就远离太阳一些,角动量小点,就靠近太阳一些,最终在漫长的岁月中渐渐达到平衡的状态。
我们从上面的分析,知道了为什么水星没有被太阳吞噬的原因,但是实际上,宇宙空间并非完全的真空,行星在围绕恒星运行的过程中,势必会受到非常非常微弱的阻力,从而使得行星的公转速度逐渐变缓,从而在恒星引力作用下产生轨道衰减,慢慢地在螺旋状态下靠近恒星,最终有很大的几率会撞向太阳,不过这个过程又非常缓慢,甚至有的行星螺旋“跌落”的时间可能会超过恒星的寿命,而距离太阳最近的水星,则有可能在十几亿年之后,在轨道衰减的作用下被太阳吞噬掉,当然这里面还有太阳逐渐演化红巨星体积膨胀的因素共同导致。
太阳是不会吸收银河系里面的所有天体的,所以虽然水星距离太阳很近,但是不会被太阳吞噬,最后会加强太阳对水星的辐射强度。
因为水星和太阳的运行轨道是不一样的,虽然两个星球距离很近,但是都在以自己的运行速度旋转,太阳虽然有引力,但是水星也有自己的引力,所以水星不会被太阳吸进去。
因为水星沿着轨道运行会产生一定的离心力和太阳的引力互相抵消,所以不会被太阳吸进去。