天体力学与引力

质心

把一把尺子平衡在一根手指上,会有一个让它保持水平的点——那就是它的质心,是它全部重量的平均位置。对整个绕转系统也是同样的道理:由引力束缚的两个天体各自绕一个悬在它们之间空间中的共同平衡点旋转。在天文学中这个点有自己的名字,叫质心(barycenter)。

质心靠近较重的天体,比例就像跷跷板:若一个质量是另一个的十倍,平衡点就靠重的那个十倍近。关键在于,没有外力时,无论两个天体绕它转得多么疯狂,质心都以恒定速度沿一条完美的直线漂移。这就是为什么把任何轨道拆成「质心的运动」加上「绕质心的运动」,正是使二体问题可解的关键一招。

质心并不是一种记账把戏——它是可观测的。太阳本身被木星拉得绕太阳系质心做小幅摆动,而一颗恒星因看不见的伴星绕其质心摆动,正是人们发现首批系外行星的方式。地月绕一个其实位于地球内部、距地心约 4700 公里的质心运行,所以地球每月确实在摆动,只是没有摆到自身之外而已。

冥王星与它的大卫星冥卫一(Charon)绕一个漂浮在冥王星表面之上空空间里的质心运行,于是这一对像哑铃一样互相华尔兹般旋转——这是两个世界真正绕它们之间一点旋转的最清晰行星实例。

当两个天体谁也不占绝对优势时,二者明显地都绕质心旋转。

在均匀引力中质心与「重心」重合,但二者是略有区别的概念;在天体物理中重要的是质量加权的中心,它由各质量确定,而不取决于我们碰巧把哪个天体称作「中心」。

又称
barycentercentre of mass重心质量中心