平時稱體重,咱們踩個秤就行。給天上的行星稱重?別說找秤,連湊到跟前都難如登天。向物理定律和宇宙里的天然工具求助,成了天文學(xué)家沒別的轍時的選擇,他們琢磨出了好幾套精妙的法子,每一套都是對宇宙規(guī)律的巧妙利用。
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衛(wèi)星軌道法,是最老牌的測算招兒。能把衛(wèi)星牢牢拽在周圍繞圈的行星自身的引力,質(zhì)量越大的行星,引力越強,衛(wèi)星的運動軌跡就越有規(guī)律。兩個關(guān)鍵數(shù)據(jù),天文學(xué)家測出來就行:一是衛(wèi)星繞行星轉(zhuǎn)一圈的時間,也就是公轉(zhuǎn)周期,二是這個圈子的大小,也就是軌道半徑。把這兩組數(shù)據(jù)套進特定公式里,要測的行星質(zhì)量就能算出來。靠觀測月球運動算出來的,最早是地球的質(zhì)量,木星的體重,靠身邊那幾顆大衛(wèi)星摸清了。這個法子的優(yōu)點在于原理直白,一看就懂,唯一的小遺憾是,得目標行星有能清晰觀測到的衛(wèi)星才行,沒衛(wèi)星的話,它就派不上用場了。
沒有衛(wèi)星的行星該怎么算?這個空缺,靠探測器掠飛法補上。探測器,由天文學(xué)家發(fā)射,讓它從行星旁邊近距離擦過。這時候,探測器的軌道被行星的引力悄悄拉偏,就像走路時被旁邊的東西輕輕拽了一下。行星的質(zhì)量,通過精確分析這個偏拽的程度反推出來。這種方式測出來的數(shù)據(jù)準,還能順便摸清行星引力場的分布,知道哪里引力強哪里弱。缺點也很實在,發(fā)射探測器費錢還挑技術(shù),不是隨便哪個行星都能這么測,得準備好幾年,甚至十幾年。
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更聰明的招兒,叫脈沖星計時法。脈沖星,是宇宙里的一種特殊星體,會規(guī)律地向外發(fā)信號,準得像個宇宙級的時鐘。這些信號,天文學(xué)家在追蹤時發(fā)現(xiàn),地球?qū)мD(zhuǎn)會讓信號到達時間有點偏差,行星質(zhì)量算得準,這個偏差就能修正。行星質(zhì)量算錯了,偏差就修正不了,從這個沒修正好的周期性偏差里,能倒推出行星的準確質(zhì)量。這種方法妙在不用往天上發(fā)東西,在地面就能測,而且它測出來的是行星加上所有衛(wèi)星、光環(huán)的總質(zhì)量,這是前兩種方式做不到的。現(xiàn)在它的絕對精度比不上最先進的探測器,但多了個獨立驗證的辦法,能讓結(jié)果更靠譜。
這三種測算方式各有各的本事:衛(wèi)星軌道法最直觀,探測器掠飛法最精準,脈沖星計時法最省事兒還能測總質(zhì)量。天文學(xué)家從來不會只靠一種法子,常常幾種一起用,彼此對照著來,行星質(zhì)量算準了,才能判斷它是巖石行星還是氣態(tài)行星,甚至能推測它有沒有可能存在生命,一顆行星的體重里,它起源和構(gòu)成的太多秘密,都在里面。
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這三種給行星稱重的招兒里,最讓你覺得神奇的是哪個?未來發(fā)現(xiàn)了太陽系外的新行星,你更期待用哪種方式去摸清它的體重?
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