DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

天体の軌道 実は地球は太陽の周りを周っていない

今回の記事は天体の軌道もついて書いて行きたいと思います。

 

1. 惑星の軌道

1.1 地球

地球は太陽の周りを周っていることは今となっては一般常識であり、かつての天動説はもはや過去の話のようになっているが実を言うと両方とも当たっているとも言え、また両方とも間違っているとも言える。

何故かと言うと太陽は一方的に地球を引き寄せているわけではなく、実を言うと太陽は地球を引き寄せる力と全く同じ力で地球に引き寄せられているからである。

どういうことかと言うと太陽と地球の間には万有引力と言う力が働いており、太陽は地球を3.54×10^22 Nと言うすさまじい力で引き寄せており、そして同時に地球も同じ力で太陽を引き寄せている。

しかし、地球は太陽の周りを一見すると周っているように見え、太陽はほとんど動いていないように見え、とても同じ力で引き寄せているようには見えないがその理由はと言うと単純に太陽の質量が地球と比較すると比べ物にならないほど重いからである。

実際に運動を支配する要因は力ではなく加速度であり、加速度とは1秒間にその物体の速度をどれほど変化させるかの度合いである。

そして、加速度とは力を質量で割った数値である、つまり同じ力がかかっていても質量が軽ければ軽いほど加速度は大きくなり、質量の大きい物体は大きな力をかけても大して動かないのである。

地球と太陽は確かに同じ力で引き合っているが質量は太陽のほうが334,000倍も重いため、太陽にかかる加速度は地球の334,000分の1であり、結果として太陽はほとんど動くことも無く、地球の運動は太陽に支配されているように見える。

けれども地球からの力は太陽にもきちんとかかっており、そのため太陽は全く動いていない訳ではなく、実際は太陽の中心核とは若干ずれた位置を地球と太陽は公転している。

つまり、太陽もほんのわずかではあるが地球の影響によって公転しているわけであり、ほとんど間違ってはいるものの天動説は太陽に関しては全く違うとも言えず、また地動説も正解ではあるが全てが正しいわけではない。

強いて言うならばどちらも動いているのでどちらも正解であるとも言えなくはないが...

 

1.2 木星

ここまでは地球に関しての話を書きましたが次は木星について書いて行きたいと思う。

木星はご存知の通り太陽系最大の惑星であり、質量は地球の318倍ほどと非常に大きく、太陽と比較しても0.095%ほどの質量を有している。

そして、地球の公転の場合だと共通重心(本当の意味での軌道の中心)は太陽の外層を超えないものの木星の場合だと太陽にかかる力も地球の318倍にも及ぶため、加速度も当然ではあるが318倍にもなり、共通重心も幾分かは外側にずれ、実を言うと木星との共通重心は太陽の外層部を超えて、太陽の表面から8万キロ外側にずれている。

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このように太陽の半径が696,000kmに対して太陽軌道の半径が780,000kmであるため木星と太陽との共通重心が太陽の中に埋まることは無く、太陽は12年近くの歳月をかけてこの小さい軌道を公転しています。

しかし、この話は太陽と木星しかない場合であり、土星など他の質量が大きい惑星があるため実際の太陽軌道は若干異なるが...

 

 

 

2. 恒星同士の場合は

ここまでは惑星について書いて行ったが今度は恒星同士の系ついて書いて行きたいと思う。

太陽系には恒星は1つしかないが隣の恒星であるアルファケンタウリ系は3つの恒星が存在しており、主星の近くにそこそこ大きい伴星が位置し、そして非常に遠い所に小さい伴星が位置している系である。

一番遠い伴星は非常に遠い位置にある上に質量も小さいため、中心に位置している2つの恒星には影響がないと見なせるためここではアルファケンタウリ系は2つの恒星による系であると仮定する。

 

アルファケンタウリ系は太陽の1.1倍の質量を持つ主星と太陽の0.9倍の質量を持つ伴星によってなっているが両者の質量は太陽と似ているため、軌道は惑星のようにはならず、共通重心も両恒星とは大きくずれている。

つまり、両恒星の距離は年度によって大きく変化し、最も近づくときは16.7億キロまで近づくが最も離れるときは53億キロまで遠ざかる。

これだけ見ると非常に極端な軌道のようにも見えるが連星系の場合には質量の関係上円軌道になることは決してなく、その理由は恒星になるためには最低限の質量があるからである。

恒星の質量は現在観測されている中では太陽の0.085倍から265倍であり、この質量比はせいぜい3,178倍程度にしかならない。

地球と太陽との質量比は334,000倍であるのでこの比と比較すると非常に小さく、木星と太陽との比よりかは大きいものの質量が大きな恒星は極めてまれであるため大半の連星系の比は大半が10倍以内に収まることとなる。

地球が太陽の周りを周っているように見える理由は加速度が大きく違う、つまり質量比が大きいからであり、質量比が小さいと当然ではあるが共通重心も大きくずれ、両恒星がお互いを周り合うこととなる。

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このように同じ質量の恒星系の場合だと上記のような軌道となり、恒星が近づくと遠心力の関係上公転速度も速くなり、逆に遠ざかると公転速度は遅くなる。

そして、片方の恒星系を中心に見ると当然ではあるがもう片方との距離が遠い時と近い時が存在し、このため片方の恒星を固定するともう片方の恒星の軌道が円になることは決してないのである。

 

このため、連星の数が増えても最も重い恒星の周りを周ることは質量がよほど極端ではない限りありえず、ある重心を周ることとなります。