平时称体重,咱们踩个秤就行。给天上的行星称重?别说找秤,连凑到跟前都难如登天。向物理定律和宇宙里的天然工具求助,成了天文学家没别的辙时的选择,他们琢磨出了好几套精妙的法子,每一套都是对宇宙规律的巧妙利用。
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卫星轨道法,是最老牌的测算招儿。能把卫星牢牢拽在周围绕圈的行星自身的引力,质量越大的行星,引力越强,卫星的运动轨迹就越有规律。两个关键数据,天文学家测出来就行:一是卫星绕行星转一圈的时间,也就是公转周期,二是这个圈子的大小,也就是轨道半径。把这两组数据套进特定公式里,要测的行星质量就能算出来。靠观测月球运动算出来的,最早是地球的质量,木星的体重,靠身边那几颗大卫星摸清了。这个法子的优点在于原理直白,一看就懂,唯一的小遗憾是,得目标行星有能清晰观测到的卫星才行,没卫星的话,它就派不上用场了。
没有卫星的行星该怎么算?这个空缺,靠探测器掠飞法补上。探测器,由天文学家发射,让它从行星旁边近距离擦过。这时候,探测器的轨道被行星的引力悄悄拉偏,就像走路时被旁边的东西轻轻拽了一下。行星的质量,通过精确分析这个偏拽的程度反推出来。这种方式测出来的数据准,还能顺便摸清行星引力场的分布,知道哪里引力强哪里弱。缺点也很实在,发射探测器费钱还挑技术,不是随便哪个行星都能这么测,得准备好几年,甚至十几年。
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更聪明的招儿,叫脉冲星计时法。脉冲星,是宇宙里的一种特殊星体,会规律地向外发信号,准得像个宇宙级的时钟。这些信号,天文学家在追踪时发现,地球导转会让信号到达时间有点偏差,行星质量算得准,这个偏差就能修正。行星质量算错了,偏差就修正不了,从这个没修正好的周期性偏差里,能倒推出行星的准确质量。这种方法妙在不用往天上发东西,在地面就能测,而且它测出来的是行星加上所有卫星、光环的总质量,这是前两种方式做不到的。现在它的绝对精度比不上最先进的探测器,但多了个独立验证的办法,能让结果更靠谱。
这三种测算方式各有各的本事:卫星轨道法最直观,探测器掠飞法最精准,脉冲星计时法最省事儿还能测总质量。天文学家从来不会只靠一种法子,常常几种一起用,彼此对照着来,行星质量算准了,才能判断它是岩石行星还是气态行星,甚至能推测它有没有可能存在生命,一颗行星的体重里,它起源和构成的太多秘密,都在里面。
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这三种给行星称重的招儿里,最让你觉得神奇的是哪个?未来发现了太阳系外的新行星,你更期待用哪种方式去摸清它的体重?
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