重力是如何影响行星和恒星的运动的

迄今为止，我么这个世界或者说我们这个宇宙，支配其运动的只有四种基本力，即强力、弱力、电磁力、万有引力。

强力和弱力主要作用在极小的微观范围，一般在原子核以下起作用。

电磁力和引力一样，是长程力，理论上可以作用无限远，这种力充斥在我们生活周围，几乎所有以生活和工作有关的事情，都是电磁力起支配作用。

吃饭拉屎放屁走路坐车飞行手机无线电波等等，都是电磁力，各种声波也是电磁力。

130多亿光年距离的星系我们能够观测到、接收到它们的光和各种电波射线，也是电磁力的作用。

而且电磁力的力度很强，强度仅次于强力，是强力的1/137，其传递媒介是光子，所以我们看到的一切，都是电磁力作用的结果。

量子力学认为，传播引力的媒介是引力子，但迄今为止只是猜想，尚没有得到证实。

但引力是四种力中最弱的力，与强力和电磁力甚至弱力的强度完全不可同日而语，相差太远。

引力的强度是强力的10^-39分之一；是电磁力的约10^-38分之一；是弱力的约10^-24分之一。也就是若干亿亿亿亿分之一和亿亿亿分之一。

因此引力虽然“万有”，也就是我和你之间、人和房子桌子等物体之间、甚至蚂蚁与蚂蚁之间都存在万有引力，但由于这个力太小太小，就感觉不到。

但在宇宙天体大质量和大尺度之间，这个引力就充分显示出来了。

所有的天体都受引力支配和约束。

引力大小与质量成正比，与作用双方距离平方成反比，表达式为：F=GMm/r²

式中，F为引力值，单位牛顿（N）；G为引力常量，取值6.67x10^-11N·m²/kg²；M和m为引力相互作用大小天体的质量，单位千克（kg）；r为相互作用天体之间的距离，单位米（m）。

从大的方面来说，整个宇宙膨胀是在暗物质、可见天体、暗能量的引力和张力之间获得平衡，但暗能量的张力更有优势，所以宇宙膨胀依然在高速进行。

从星系、恒星等天体来看，由于引力约束在一起，并围绕着引力源公转。

前面说了，万有引力就是任何物体之间都存在着引力，引力的本质就是质量对周边时空形成的扭曲。

过去有关时空扭曲与引力的关系已经多次阐述过，这里就不多讲，有兴趣的朋友可以查看时空通讯原来发表过的这类文章。

任何物体也包括分子和原子之间。而我们这个宇宙中所有可见的天体形成都有一个祖宗，就是分子云。

而分子云的直接儿子就是恒星。所以宇宙中的一切天体都是从恒星开始。

一些以光年计的巨大分子云团在自身引力作用下，会慢慢聚集收缩，遇到超新星大爆炸等宇宙事件的扰动，收缩就会加快。

分子云并不是一个完美的圆形或者质量分布很均匀的形状，它们就像我们看到天上的白云，没有固定形状。

因此分子云在收缩过程中就会发生不平衡，有的地方收缩快，有的地方收缩慢，这样，就会渐渐形成了缓慢的转动。

所以，最开始的转动是由于引力导致收缩的不平衡而发生的。这种转动方向是随机的，但一旦转动起来，就有了方向，在茫茫太空接近真空环境中，就没有什么力量能够阻止了。

我们看到的冰山芭蕾，表演者开始伸开手和腿大幅度旋转，速度就较慢；但她把手和腿收缩起来，身体就旋转的越来越快。

在地球上，冰山芭蕾的旋转受到空气阻力和冰鞋与冰的阻力，终于会停顿下来；在太空没有阻力和外力状态下，角动量是守恒的，永远也停不下来。

因此，天体的旋转只会越收缩越快。角动量相关理论摘要如下：

角动量就是指物体到原点的位移和动量相关的物理量，在经典力学中，被定义为原点（参考点）到物体质心位移（矢径）与其动量的叉积。

其表达式为：L=rxp=rx（mv）=mr²ω=Iω

式中，L表示角动量，r表示半径大小，v表示线速度，p表示动量，I表示惯性张量，ω表示矢量。

角动量守恒是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。

角动量守恒定律

如果合外力矩零(即M外=0),则L1=L2，即L=常矢量。

这就是说,对一固定点o,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变。这一结论叫做质点角动量守恒定律。

分子云在引力作用下，向中心形成塌缩之势。星云收缩的越来越小，旋转就越来越快。旋转形成了离心力，离心力使旋转方向稳定并形成自转轴，与自转轴呈90度形成赤道，物质向赤道甩出，形成了巨大的恒星吸积盘。

关于离心力的相关理论摘要如下：

相对转动的非惯性系中的物体，所受离心力为F=mω^2r（其中ω表示非惯性系自身转动的角速度）。需要注意的是，该离心力方向为沿半径背离圆心。

F=a*m

F——离心力；

a——向心加速度{a=ω^2*r=(v^2)/r=[4*(π^2)*r/T^2}；

m——物体质量。

（F=a*m本身是牛顿第二定律的公式的应用）

(在上式中ω指物体圆周运动的角速度，r指物体圆周运动的半径，T指物体圆周运动的周期，π指圆周率）

当中心物质坍缩挤压到一个临界点时，比如太阳中心压力达到3000亿个大气压，温度达到1500万K，就会点燃氢核聚变。

就是在强大的压力和温度下，把氢原子核外层电子挤跑了，剩下的原子核就会融合在一起，4个氢核聚合一个氦核，并释放出巨大能量。

核聚变的巨大张力抵消了质量向中心坍缩的压力，一个巨大的稳定的等离子球就形成了，它不断的向太空辐射着巨大的能量，这就是恒星。

这就是恒星旋转推动力的来源，也是恒星一生成就旋转的动因，而且恒星就一直这么旋转下去，指导死亡，再把这种角动量传承给它的尸骸~白矮星、中子星、黑洞。

剩下的一点边边角角残渣余孽就会形成行星和矮行星，以及大大小小的小行星、彗星、星际尘埃。

地球等行星就是通过瓜分这一点点残渣而形成的。除了太阳本身，所有的太阳系天体加起来才占有0.14%的质量，而这点质量又被木星占去了0.1%，其他七大行星带上所有的大小天体才占有太阳系的0.04%，地球只瓜分了0.0003%，可怜不？

这些天体都是在旋转着的吸积盘中形成的，继承了吸积盘的角动量，因此一形成就天然具有围绕着太阳公转的属性，而且轨道基本都在围绕着太阳赤道形成的黄道面附近。

每颗行星的自转一般也继承了吸积盘的动量，但在形成过程中，由于受到形成过程与其他天体摩擦碰撞的影响，自转就有快有慢。

行星在形成过程中，主要的方式是聚集吸收轨道中的各种碎片和尘埃，因此也可以说是在撞击中滚雪球似的越滚越大的，最终把轨道空间的各种“垃圾”都清理干净了，行星就形成了。

在这个过程中，各种撞击都会发生，这些撞击不但影响了行星的自转速度，还会影响主转轴的角度，这就是各种行星形成后自转轴的角度不统一的原因。

如我们地球，在40多亿年前诞生初期，就与一颗相当火星大小的行星相撞，这颗被科学家叫做“忒伊亚”的行星大部分质量都融入了地球，增加了地球约八分之一的质量，而和地球岩浆一起飞到太空的部分质量，最终凝聚成了月球，从此地球形成了地月系统，相依相伴到如今。

地球与“忒伊亚”惊天动地的一撞，把地球的自转轴撞歪了，与黄道形成了一个66°34‘的夹角，这样地球赤道就与黄道有了一个23°26’的夹角，从此太阳直射在地球上的位置就在一个回归线上下移动，冷暖有了变化，广大地域形成了一年四季春夏秋冬的气候。

而且由于地月系统形成的引力潮汐作用，使大海有了涨潮落潮，大气流动更为活跃，为生命的孕育和生存创造了良好条件。

没有这一撞，就没有地球上如此热闹丰富的气候，或许生命就不会产生。

天王星的这种运行状态，有研究认为是被巨大的行星撞倒的，有科学家经过计算，要把天王星撞成这个样子，这颗行星至少有地球2倍大。

现在天王星像个顽皮的孩子，或者说像农村早期的碾子，自转轴躺在轨道平面上，围绕着太阳公转，自转轴与黄道面倾斜角度达到98°。

天王星围绕着太阳公转一圈需要地球年84年，由于天王星这种自转方式，两极就交替对着太阳半年，这样这颗星球的一面就有42年地球年时间对着太阳，42年背着太阳，也就是42年白天，42年黑夜。

由于行星生成过程以及后期的一些不确定性因素，各个行星自转轴与轨道面交角都不同，除上述地球、天王星外，其余行星赤道与轨道面也就是黄道的交角为：

水星28°，金星177 °，火星23.98°，木星3.08°，土星26.73°，海王星28. 8°。

现代天体物理学认为，质量大于太阳30倍的恒星，演化到末期发生超新星大爆炸，大爆炸会把恒星未燃烧完的大部分物质抛散到太空中，这些物质会形成再生分子云，等待时机形成新的恒星。

而剩下中心核心的小部分质量，会在极端压力下坍缩形成黑洞。

根据角动量守恒定律，巨大的恒星在大爆炸前是旋转的，大爆炸后的黑洞将继承其角动量，而且体积变得极小，由此转动就变得极快了。

黑洞是天体物质被压缩到自己质量的史瓦西半径以内，最终坠落到中心无限小的奇点上而形成的。黑洞根据质量大小，会在周边形成一个无限曲率的引力场，这个无限曲率范围就叫史瓦西半径。

史瓦西半径的计算公式为：R=2GM/C²

式中，R为史瓦西半径，单位米；G为引力常数；M为天体质量，单位千克；C为光速，取值约300000000米/秒。

根据奥本海默极限理论，最小的黑洞约在太阳的3倍以上，根据公式计算，一个三倍太阳质量的黑洞史瓦西半径约为8856米。也就是说3倍太阳质量的黑洞会在半径8856米一个球半径范围具有无限曲率，任何接近落入这个范围的物质都会有去无回，连光也被吞噬。

所以黑洞是看不见的，人类只能在史瓦西半径之外的边际，这个地方叫事件视界，在这个地方可以看到黑洞巨大引力场对周边天体物质的影响。

这些物质在巨大引力作用下，排着队被黑洞吞噬，这个队形就是围绕着黑洞形成一个高速旋转的吸积盘，旋转线速度会达到光速一半以上，甚至接近光速。

这个速度就是继承了原来恒星的角动量得到的，自转轴和赤道当然也是这样来的。

所以一切天体的公转和自转以及自转轴的形成都是引力导致的。

这个爱因斯坦的相对论有详细解说。

相对论中，任何有质量的物体都会造成时空弯曲，质量越大弯曲程度越大。太阳的质量很大造成了太阳系的时空弯曲，其他天体都在这个曲面运行。

这也是引力的来源，如下图。

在宇宙中，任何天体都存在运动，没有一个天体是完全静止的。行星会绕着恒星公转，恒星会绕着星系中心公转，就连庞大的星系、星系群也会绕着某个点旋转。那么，为什么宇宙中的天体都是运动，而不是静止的呢？

简单来说，宇宙中的天体如果不运动，它们的结局只有毁灭。可以说，那些想要“静止”的天体都已经毁灭掉，剩下的就只有运动的天体。

在宇宙的一定尺度下，引力起到了主导作用。牛顿认为，万物之间都存在引力作用。爱因斯坦认为，引力是物体弯曲时空之后产生的几何效应，物体在时空中必然会沿着弯曲时空运动，所以就会表现出引力效应。不管怎样，任何天体都会产生引力作用。

既然天体之间存在引力作用，那么，它们之间的距离会在引力的作用下逐渐靠近，最终发生碰撞或者合并。但如果天体存在合适的环绕运动，引力作用就会被抵消掉，天体就能稳定地存在于空间中。

在行星环绕恒星运动过程中，引力恰好充当向心力，行星可以在轨运动。另一方面，在星系中，所有星云、恒星、行星等天体会产生一个共同质量中心，它的所在位置正是星系的中心。星系中的所有天体都会以此为引力中心，绕着它不断运动。

事实上，自从迈克尔逊和莫雷做了著名的光干涉实验之后，人们就已经认识到宇宙中并没有绝对空间，绝对静止的参照系是不存在的。在相对论看来，运动是绝对的，而静止是相对的。

那么，天体运动的初始动力来自于哪里？为什么天体又能长期维持运动？

如果要追根溯源，宇宙中天体运动的初始动力来自于138亿年前的宇宙大爆炸的纯能量。宇宙诞生之后，物质（主要是氢和氦）开始形成，它们分散到空间中。经过漫长时间的冷却之后，从氢和氦的气体云中，逐渐形成了星系、恒星、行星等一系列天体。

由于组成气体云的粒子在做无规则的热运动，它们之间互相碰撞会在某一方向上多出一些角动量。当天体从这些星云中形成时，它们会继承原有的角动量，所以它们会保持运动。并且在几乎真空的太空中，天体运动几乎不会受到阻力影响，所以只要有一个初始公转角动量，天体就能一直绕着某个引力中心持续公转。

行星绕着恒星做圆周运动，是因为行星受到的万有引力提供它做圆周运动的向心力，因此行星围绕着恒星转。

万有引力就是两个物体间的相互作用力。

万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下：

任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

万有引力与重力

地球对物体的万有引力是物体受到重力的原因，但重力不完全等于万有引力，这是因为物体随地球自转，需要有一部分万有引力来提供向心力。

由于地球自转，地球上的物体随之做圆周运动，所受的向心力F₁=mrω²=mRω²cosa,F₁是引力F提供的，它是F的一个分力，cosa是引力F与赤道面的夹角的余弦值，F的另一个分力F₂就是物体所受的重力，即F₂=mg。

在赤道上满足mg=F-F向（物体受万有引力和地面对物体的支持力Fn的作用，其合力充当向心力，Fn的大小等于物体的重力的大小）。

在地球两极处，由于F向=0，即mg=F，在其他位置，mg、F与F向 间符合平行四边形定则。同一物体在赤道处重力最小，并随纬度的增加而增大。