“太阳与行星间的引力”教学的创新

通过探究"类行星运动模型"中的动力学关系,引导学生独立地探究太阳和行星间的引力.     

广义相对论和Brans-Dicke引力理论下的行星进动与星光偏折

作为两种重要的候选引力理论,广义相对论以及Brans-Dicke引力理论对于理解天体及宇宙的形成与演化具有重要的意义.本文在广义相对论和Brans-Dicke引力理论下,考察恒星附近的行星进动以及星光偏折效应.首先推导出恒星周围的静态球对称背景时空下粒子轨道方程的普适形式;然后分别针对两种引力理论,进一步利用相应的真空场方程的静态球对称精确解推导出描述行星及星光轨道方程,其为非线性的二阶常微分方程;利用微扰法求解轨道方程,得到了含高阶修正的近似解,进而给出了对应的行星进动角和星光偏折角.本文对利用更高精度的实验观测来检验、甄别引力理论具有重要的意义.     

设置引力问题要考虑行星的物理性质

通过简单介绍行星的基本性质和分类,引起对设置引力应用问题注意,避免该类错误的发生.     

太阳与行星间的引力教学案例

尝试在"太阳与行星间的引力"的教学中,践行物理学学习中大胆猜测与逻辑推理.     

根据行星轨道分析引力子质量上限

按照爱因斯坦的广义相对论,引力可与无质量的引力子相联系。一种检验引力子是否真的无质量的方法,是通过对太阳系中行星运动的详细观测来计算引力子质量的上限。如果引力子质量不为零,可能意味着需要超出广义相对论的新理论。若引力以光速传播,引力子的质量mg应为零。但是如果引力子具有微小的质量,引力将具有由引力子的康普顿波长λg标志的有限力程。     

太阳与行星间引力的教学讨论

1 问题的提出 笔者在组织人教版教材中"太阳与行星间的引力"一节教学时,发现学生预习过程中产生了一些疑问.为解答学生的疑惑,深入思考,多方查阅资料,现将有关体会与做法整理成文. 教材大致处理思路为:太阳对行星的引力提供行星绕太阳做匀速圆周运动所需的向心力;并利用开普勒第三定律,推导得出太阳对行星的引力     

探索太阳系天体（上）

太阳系以太阳为中心,包括所有受到太阳引力约束的天体。其中有八颗行星（即水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,还有至少167颗已知的卫星）;5颗矮行星及其卫星,矮行星是介于行星与太阳系小天体之间的天体。     

太阳系中的双行星

 太阳系是由太阳、行星及其卫星、小行星、彗星及行星际物质组成的天体系统,各天体都绕太阳系质心转动.太阳的质量占太阳系总质量的99.8%以上,自然成为太阳系的中心天体,而常把行星等天体看做是在太阳引力作用下绕太阳公转.行星及其卫星是太阳系的子系统,它们除绕本系统质心转动外,其质心同时绕太阳公转;由于行星的质量比其卫星大得多,而常看作卫星绕行星转动.     

显化科学方法视角下物理规律的探究思路——以“太阳与行星间的引力”教学为例

物理规律的得出过程往往隐藏着丰富的科学方法,显化其主要的科学方法,有助于帮助学生深刻理解规律得出过程的逻辑难点,有利于进一步厘清探究思路,并充分彰显教学逻辑.本文结合人教版"太阳与行星间的引力"一节内容,针对其探究过程中的逻辑难点,挖掘并显化与之对应的科学方法,以期有所裨益.     

关于洛希极限下的引力辐射

指出了对于行星(或是卫星)绕主星体公转由于发射引力波损失动能而出现向主星体接近的速度,如果行星对主星体的洛希极限在主星体的外部,那么行星在由于引力辐射而向主星体接近的速度驱使下到达其洛希极限时就会被主星体的潮汐力所撕裂,引力辐射在此时终结,笔者计算给出了行星被撕裂的时间方程式.以太阳系中的土星为例子计算了它因引力辐射向太阳接近时被潮汐掉的时间,并将这一想法推广到相互绕转的双星系统或彗星.     

对原行星盘中易挥发物质缺失问题的简要综述

年轻恒星周围存在盘状的气体和尘埃分布,称为原行星盘,行星在其中形成. 为了认识恒星和行星的形成和演化以及构成行星的原材料,对这些盘的观测是必须的. 数值模型有助于从观测数据提取出重要的物理参数,包括盘的尘埃和气体的质量. 这些参数可以作为进一步模拟的输入参数,预期热化学模拟能复现各种分子的观测数据. 但是,对于许多原行星盘,模型算出的多种分子的发射强度高于观测值. 真实的盘中这些分子的丰度比理论预期低,这是易挥发物质的缺失问题. 本文指出在这个问题上理论与观测的差异意味着尘埃的演化对气体化学有重要影响,提示在这些盘中行星形成的早期阶段已经开始了.     

捕捉引力波

 一、足够精确的牛顿引力理论在宏观物理世界中,引力是一种主要的作用。太阳东升西坠,地球四季交替,海水潮涨潮落,众多自然现象都受到引力的支配。1687年,牛顿在前人的研究基础上,导出了万有引力定律。利用万有引力定律可以圆满地解释哥白尼的学说和开普勒的行星运动三定律。牛顿引力理论的精彩之处还有准确地预言了海王星和冥王星的存在,指导天文学家成功地发现了这两颗太阳行星。按牛顿的引力理论,两物体间的引力作用是瞬间完成的。但爱因斯坦认为,光速是任何作用的极限速度,因此引力作用不可能在瞬间实现。1905年,爱因斯坦发表著名的历史文献《论动体的电动力学》,建立了狭义相对论。在以后     

直接探测到太阳系以外的行星

最近美国NASA利用Spitzer空间望远镜第一次直接探测到了太阳系以外的行星．过去对环绕在其他恒星运转的行星的位置是利用该恒星所发射的光的微小变化推断出来的，而现在是利用Spitzer空问望远镜直接记录下行星自身的远红外光波．     

一种证明引力大小与质量乘积成正比的数学方法

若z=k 1x, z=k 2y, 两式相乘可得z 2 =k 1 k 2x y. 貌似可以得到z 2 与x y的乘积成正比. 可在高中物理 教材上, 在行星与太阳间引力大小的推导中, 由圆周运动知识、 开普勒定律和牛顿第三定律得出: 引力大小与行星 质量成正比, 与太阳的质量成正比, 可结论却是引力大小与它们质量的乘积成正比, 这是为什么呢?     

质疑“行星”的新定义

据2006年8月25日英国New Scientist的网站报道，一些天文学家对这次国际天文学会（IAU）按照对行星所下新的定义将冥王星降格为“矮行星”颇有微词．执行新视野号冥王星及其卫星探测器任务的美国宇航局的科学家斯特恩（Alan Stem）认为：     

爱因斯坦后期的构思:基本相互作用与空间-时间性质的统一

 从远古时代起,人们就力图用尽可能少的综合概念来解释自然界的全部复杂性.从这个观点看来,在物理学史上并列着三个名字:牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦.这些科学家都在统一自然规律方面取得了最大的成就.三百年前,牛顿把地球引力(支配苹果落地的力)和天体引力(保持行星在太阳周围轨道上运动的力)视为同一种力,统一了地球引力和天体引力.     

打压替代引力

正众所周知,爱因斯坦广义相对论描述万有引力,但一些试图替代相对论的引力理论也声称其合理性。不过,依据中子星并合时发出的引力波和电磁波观测,理论家们最近严格约束了这些替代引力。广义相对论(简称GR)非常成功地描述万有引力,覆盖行星、恒星、黑洞、星系等若干层次。GR预言宇宙的膨胀,但也有个短板:如何解释宇宙的加速膨胀。鉴于所有辐射、可见物质和暗物质等都施加向内"拽"的力,宇宙理应减速     

微小差异导致的伟大发现

在太阳系中,地球同她的姊妹行星以椭圆轨道围绕太阳运动,太阳本身处于椭圆轨道的一个焦点上。这一规律是众所周知的。1609年,在《新天文学》一书中,约翰内斯·开普勒提出了这一被称为开普勒第一定律的行星轨道规律,同时也提出了行星运动的第二条定律,这条定律指出：“行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积”。他指出,这两条定律同样适用于其他行星和月球的运动。后来,经过长期繁复的计算和无数次失败,开普勒又发现了行星运动的第三条定律：“行星公转周期的平方正比于轨道半长轴的立方”。     

天体物理学讲座第三讲 恒星形成：从星际分子云到原始行星系统

对行星系统起源问题的研究在近年来已经取得很大进展,一方面是星际分子云与恒星形成的天文研究取得了令人瞩目的成就,研究表明,包括太阳在内的恒星是由冷暗的星际分子云收缩形成的。在形成恒星的过程中,普遍伴随出现围绕恒星的盘状的原始行星系统,在这种原始行星系统中间,尘埃颗粒逐渐生长,并凝聚成行星,彗星等,从分子云到原始行星系统大约经历百万年,而木星这样的大行星有可能在恒星收缩阶段同时形成,并且在行星系统的发展过程中逐渐发展,行星系统起源的另一方面进展来自包括彗星,太阳系行星际探测,从而对太阳系这样的行星系统的组成和性质,对行星大气等有了更精确的了解,以此为参考,能够测定那些离太阳系的其他新近发现的行星系统的物理化学性质,从而提供了一系列互相联系和对比的样本,通过上述进展,现代天文学正逐渐揭开行星系统形成之谜。     

行星运动物理问题的简单处理

从角动量和能量守恒定律出发,建立行星椭圆运动的轨道方程,导出行星运动时的各个物理量表达式,从而给出了一种以初等数学为基础的处理行星运动的简洁方法。