各種天體質量

A. 宇宙中各種天體的特點

天體，又稱星體，指太空中的物體，更廣泛的解釋就是宇宙中的所有的個體。天體的集聚，從而形成了各種天文狀態的研究對象。天體，是對宇宙空間物質的真實存在而言的，也是各種星體和星際物質的通稱。人類發射並在太空中運行的人造衛星、宇宙飛船、空間實驗室、月球探測器、行星探測器、行星際探測器等則被稱為人造天體。
如在太陽系中的太陽、行星、衛星、小行星、彗星、流星、行星際物質，銀河系中的恆星、星團、星雲、星際物質，以及河外星系、星系團、超星系團、星系際物質等。通過射電探測手段和空間探測手段所發現的紅外源、紫外源 、射電源、X射線源和γ射線源，也都是天體。
天體的類型
1、恆星世界
凡是由熾熱氣態物質組成，能自行發熱發光的球形或接近球形的天體都可以稱為恆星。
自古以來，為了便於說明研究對象在天空中的位置，都把天空的星斗劃分為若干區域，在中國春秋戰國時代，就把星空劃分為三垣四象二十八宿，在西方，巴比倫和古希臘把較亮的星劃分成若干個星座，並以神話中的人物或動物為星座命名。
1928年國際天文學聯合會確定全天分為88個星座。宇宙空間中估計有數以萬億計的恆星，看上去好象都是差不多大小的亮點，但它們之間有很大的差別，恆星最小的質量大約為太陽的百分之幾，最大的約有太陽的幾十倍。
由於每顆恆星的表面溫度不同，它發出的光的顏色也不同。科學家們依光譜特徵對恆星進行分類，光譜相同的恆星其表面溫度和物質構成均相同。
恆星的壽命也不一樣，大質量恆星含氫多，它們中心的溫度比小質量恆星高的多，其蘊藏的能量消耗比小的更快，故過早地戕折，只能存活100萬年，而小質量恆星的壽命要長達一萬億年.
恆星有半數以上不是單個存在的，它們往往組成大大小小的集團。其中兩個在一起的叫雙星，三、五成群的叫聚星，幾十、幾百甚至成千上萬個彼此糾集成團的叫做星團，聯系比較鬆散的叫星協。
2、另一類天體——「黑洞」
太陽系引力場最大的是太陽，而銀河系則早在一百億年前就形成了一個引力場極高、密度極大的漩渦中心。通過科學界的研究認證，銀河系中心存在超大密度和引力場非常強的「黑洞」天體，致使大量的恆星系不斷地向銀河系中心聚集。在銀河系核心強引力的作用下，一些不斷聚集在銀河系中心的恆星系又被不斷地壓縮，使銀河中心的超大質量天體密度變得越來越大，最終將導致銀河系中心的引力場越來越強。由於銀河中心劇烈的物質核聚變，使銀河系中心的溫度繼續急劇增高，引力也繼續急劇加大。其又會將大部分靠近的恆星繼續壓縮成為一個密度不斷增高、引力不斷加大的新天體。此時，銀河中心也就形成了連光線也都難以逃脫的強引力「黑洞」類天體。其實，這個「黑洞」並不黑，只是因為銀河系內的所有物質射線全都被它吸引了，連光線也不再折射出來，所以我們就不會看到這個天體的存在，自然而然的也就形成了黑色。 銀河系既然如此，而其它的星系和浩瀚的宇宙中心也是一個樣子的。宇宙中數不清的「黑洞」類天體繼續不斷地增大，最終使宇宙各星系的所有物質被自身的「黑洞」吞並，然後再由一個超大質量的「黑洞」天體將所有的小質量的「黑洞」吞並成為一個奇點，宇宙又回到了大爆炸的初期狀態。
現代科學家將宇宙黑洞定性在超新星爆炸坍塌後，在不斷地進行壓縮成為高質量的「黑洞」類天體。究竟一顆恆星在坍塌過程中，是什麼物質產生的密度極高、引力場極強的類天體呢?我們知道，恆星是由物質的核聚變形成的，是否是由不同的物質粒子在不斷地被引力場壓縮重組後形成一種我們人類還不能解釋的一種新的物質體系呢?也有可能會形成一個超級的原子，在超級引力場的作用下，空間所有物質的原子都被壓縮在一起。這個巨無霸的超級宇宙原子具備了所有物質原子的形態，內核是由所有物質的質子和中子形成的正電荷中心，核外圍繞著所有被壓縮物質的負電子荷雲團。這個宇宙原子構成了空間強大的電力場，在電力場的周圍構成了強大的宇宙磁場。在經過數十億年後，這個不斷運動著的超級宇宙原子的核心溫度在不斷地增長、裂變、膨脹，最終走向大爆炸極限，而後又形成了一個嶄新的物質宇宙時空系。當宇宙構成一個巨大的原子後，宇宙空間已不復存在，沒有了物質的分類，也不再會有光線的存在，只有電場和磁場，這就是宇宙的循環過程。
3、太陽系
是由受太陽引力約束的天體組成的系統，它的最大范圍約可延伸到1光年以外。太陽系的主要成員有：太陽(恆星)、八大行星(包括地球)、無數小行星、眾多衛星(包括月亮)，還有彗星、流星體以及大量塵埃物質和稀薄的氣態物質.在太陽系中，太陽的質量占太陽系總質量的99.8%，其它天體的總和不到有太陽的0.2%。太陽是中心天體，它的引力控制著整個太陽系，使其它天體繞太陽公轉，太陽系中的八大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、)都在接近同一平面的近圓軌道上，朝同一方向繞太陽公轉。
八大行星中，一般把水星、金星、地球和火星稱為類地行星，它們的共同特點是其主要由石質和鐵質構成，半徑和質量較小，但密度較高。把木星、土星、天王星和海王星稱為類木行星，它們的共同特點是其主要由氫、氦、冰、甲烷、氨等構成，石質和鐵質只佔極小的比例，它們的質量和半徑均遠大於地球，但密度卻較低。冥王星是特殊的一顆行星。 行星離太陽的距離具有規律性，即從離太陽由近到遠計算，行星到太陽的距離(用a表示)a=0.4+0.3*2n-2(天文單位)其中n表示由近到遠第n個行星(詳見上表) 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自轉周期為12小時到一天左右，但水星、金星自轉周期很長，分別為58.65天、243天，多數行星的自轉方向和公轉方向相同，但金星則相反。 除了水星和金星，其它行星都有衛星繞轉，構成衛星系。 (最新研究顯示，冥王星屬於矮行星，不屬於行星)
在太陽系中，現已發現1600多顆彗星，大多數彗星是朝同一方向繞太陽公轉，但也有逆向公轉的。彗星繞太陽運行中呈現奇特的形狀變化。 太陽系中還有數量眾多的大小流星體，有些流星體是成群的，這些流星群是彗星瓦解的產物。大流星體降落到地面成為隕石。 太陽系是銀河系的極微小部分，它只是銀河系中上千億個恆星中的一個，它離銀河系中心約8.5千秒差距,即不到3萬光年。太陽帶著整個太陽系繞銀河系中心轉動。可見，太陽系不在宇宙中心，也不在銀河系中心。 太陽是50億年前由星際雲瓦解後的一團小雲塌縮而成的，它的壽命約為100億年。
4、所以，天體的類型有：星雲、恆星、流星、彗星、行星、衛星、星際空間的氣體、塵埃等。

B. 各種天體的質量排名

這個要劃分觀察對象了：
在太陽系中：太陽 > 行星 > 衛星 > 彗星、小行星 （彗星和小行星，在質量上有大有小，難以嚴格區分 ）
放眼宇宙：黑洞（不考慮微黑洞） > 巨恆星（以後發展為紅超巨星、然後坍塌為黑洞） > 中小質量恆星（以後發展為紅巨星、白矮星、中子星） > 巨行星 > 行星 > 矮行星 > 小行星

星雲和類星體的質量也很大，但是因為還沒有形成天體，我就不說了。

C. 人類是怎麼樣算出各種星體的質量，溫度

1、溫度

可以測量恆星的光譜、光度和距離,然後套公式就行了。
有維恩位移定律和斯特蕃-玻爾茲曼定律還有那個恆星光度半徑輻射總量關系的公式可知：溫度越高,能量越像短波波段集中,反之向較長的波段集中.這就是為什麼藍色恆星溫度大於橙紅色的恆星。

當然太陽、行星等較近的天體可以用輻射熱測定器測量。

隨著時代的發展，發現了紅外線、紫外線、X射線和γ射線等波段，天體測量范圍從可見光觀測發展到肉眼不可見的領域，可以觀測到數量更多的、亮度更暗的恆星、星系、射電源和紅外源。隨著各種精密測量儀器的出現，測量的精度也逐漸提高。

2、怎麼稱出一個天體的質量

恆星是巨大的熱氣體球，位於數萬億英里外，但從地球觀測他們的時候，在茫茫夜空中他們不過是微弱的小亮點。在一項新的研究中，天文學家精確測量了一顆白矮星的質量，這是一顆即將走到生命終點的恆星。測量天體的質量，說的很簡單，但究竟如何才能做到呢?科學家如何「稱量」這顆幾光年之外的天體的質量?

唯一的方法似乎就是測量引力的影響，這個方法基於測量恆星，行星，星系之間的引力作用。

作為背景恆星發出的光經過白矮星,光線發生彎曲,這意味著我們看到的光來自的方向與實際光發出的方向是不一致的，當觀察者與恆星之間的白矮星慢慢移動時，我們就會看到恆星發出的光形成一個光環——愛因斯坦環。

這種效應，稱為引力微透鏡效應。在日全食觀測這種效應，之前的觀測范圍更大，觀測比斯坦2051b更遙遠的天體上，引力作為放大鏡，可以彎曲星光，也可以聚光，因此，點亮了光源，就這樣，一種被稱為愛因斯坦環的現象——由於引力而產生的光的變形（引力透鏡效應）——可以幫助科學家觀測遙遠的天體，進而可以測量天體的質量。

科學家能夠測量附近的白矮星所造成的光的彎曲，目前是罕見的。但是新的天文台，新的衛星，將允許天文學家更頻繁地觀察這些事件，從而使他們能夠繪制出迄今為止難以研究的宇宙天體。

D. 天體質量 和密度 怎麼求

1.用萬有引力定律和牛頓運動定律估算天體質量

在天體運動中,近似認為天體的運動是勻速圓周運動,在其運動過程中起決定因素的是萬有引力,即萬有引力提供天體做勻速圓周運動所需的向心力,有G(mM/r2)=m × (2π/T)2×r 其中周期可通過天文觀測方式獲得,從而可得天體質量為：M = [(2π/T)2×r3] / G

2.用天體真半徑和表面重力加速度推算天體質量
在天體表面,物體所受萬有引力與它所受重力近似相等,由萬有引力定律有：G(mM/R2)=mg
即M = gR2/G

3.由開普勒第三定律估算天體質量
開普勒三定律注①是關於行星圍繞太陽運動的規律,是德國天文學家開普勒認真分析了丹麥天文學家第谷·布拉赫的大量對天體運行觀測資料的基礎上提出的,它的內容是：
開普勒第一定律（橢團軌道定律）：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動,太陽是在這些橢圓的一個焦點上,但行星軌道的偏心率都比較小,例如,地球軌道的偏心率只有0.0167,很接近於圓.
開普勒第二定律（面積定律）：對每個行星來說,太陽和行星的聯線在相等的時間內掃過的面積相等.
開普勒第三定律（周期定律）：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的平方的比值都相等.即：a3/T2 = C（常數）
由於第谷·布拉赫的資料都是靠肉眼觀測記錄的,開普勒三定律與行星實際運行的情況有少許偏離,後來人們修正了開普勒第三定律,得到准確的表達式是：a3/T2(M+m) = G/4π2
其中M為太陽的質量；m為行星的質量；a為橢圓軌道的長半軸；T為行星的公轉周期；萬有引力常數 G = 6.67×10-11N·m2/Kg2.

E. 地球以及各種天體的質量是如何精確測出的

一、 用萬有引力定律和牛頓運動定律估算天體質量 在天體運動中，近似認為天體的運動是勻速圓周運動，在其運動過程中起決定因素的是萬有引力，即萬有引力提供天體做勻速圓周運動所需的向心力，有G(mM/r2)=m × (2π/T)2×r 其中周期可通過天文觀測方式獲得，從而可得天體質量為：M = [(2π/T)2×r3] / G 例：（2001年理綜）太陽現正處於主序星演化階段，它主要是由電子和 11H、24He等原子核組成。維持太陽輻射的是它內部的核聚變反應，核反應方程是2e+411H---24He+ 釋放的核能，這些核能最後轉化為輻射能。根據目前關於恆星演化的理論，若由於聚變反應而使太陽中的11H核的數目從現有數減少10％，太陽將離開主序星階段而轉入紅巨星的演化階段。為了簡化，假定目前太陽全部由電子和11H核組成。 （1） 為了研究太陽演化過程，需要知道目前太陽的質量M。已知地球半徑為R=6.4×106m ，地球質量為m=6.0×1024 kg，日地中心的距離為 r=1.5×1011m，地球表面處的重力加速度為g=10m/s2 ，一年約為3.2×107 s。試估算日前太陽的質量M。（估算結果只要求一位有效數字，另第二、三問略） 分析：設T為地球繞日心運動的周期，則由萬有引力定律和牛頓運動定律可知： G(mM/r2) = m × (2π/T)2×r-----------① 地球表面處的重力加速度： g = G(mM/r2)-----------------------② 由①②式聯立解得： M = m × (2π/T)2×(r3/R2g) 以題結數值代入，得M = 2 × 1030Kg。 二、 用天體真半徑和表面重力加速度推算天體質量 在天體表面，物體所受萬有引力與它所受重力近似相等，由萬有引力定律有：G(mM/R2)=mg 即M = gR2/G 例:由天文觀測可得月球的直徑為3476km，月面上物體做自由落體運動的重力加速度為1.62m/s2,則月球的質量為：M月= g月R2月/G = g月D2月/4G = 1.62×(3.476×106)2/(4×6.67×10-11)Kg = 7.34×1022 Kg 三、 由開普勒第三定律估算天體質量 開普勒三定律注①是關於行星圍繞太陽運動的規律，是德國天文學家開普勒認真分析了丹麥天文學家第谷·布拉赫的大量對天體運行觀測資料的基礎上提出的，它的內容是： 開普勒第一定律（橢團軌道定律）：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運動，太陽是在這些橢圓的一個焦點上，但行星軌道的偏心率都比較小，例如，地球軌道的偏心率只有0.0167，很接近於圓。 開普勒第二定律（面積定律）：對每個行星來說，太陽和行星的聯線在相等的時間內掃過的面積相等。 開普勒第三定律（周期定律）：所有行星的橢圓軌道的半長軸的三次方跟公轉周期的平方的比值都相等。即：a3/T2 = C（常數） 由於第谷·布拉赫的資料都是靠肉眼觀測記錄的，開普勒三定律與行星實際運行的情況有少許偏離，後來人們修正了開普勒第三定律，得到准確的表達式是：a3/T2(M+m) = G/4π2 其中M為太陽的質量；m為行星的質量；a為橢圓軌道的長半軸；T為行星的公轉周期；萬有引力常數 G = 6.67×10-11N·m2/Kg2。 例：試估算銀河系的質量。 分析：測量銀河系的質量時，為了便於分析和計算，通常改變修正後的開普勒第三定律中的 和 的單位。如果設地球到太陽的平均距離為 =1天文單位，地球繞太陽公轉的周期 =1年，則對地球和太陽這個系統而言，若略去地球質量，地球繞太陽運轉的開普勒第三定律為: 13/12(M太+0) = G/4π2即 G/4π2 = 1/M太--------③ 選太陽和銀河系為一個系統，由開普勒第三定律有： a3/T2(M銀+M太) = G/4π2-----------------------④ 長期的天文觀測可知，太陽以250km/s 的速度帶領著太陽系中的星體繞銀河系的中心旋轉，若取天文單位為距離單位，年為周期單位，太陽每轉一周約需T=2.4×108年；太陽到銀河系中心的距離為 a ≈33000光年=2.06×109天文單位，聯立③④可得:M銀+M太= (2.06×109)3M太/(2.4×108)2= 1.5×1011M太 這里M太是太陽繞銀河系的中心旋轉的軌道以內銀河系諸星體的質量，因M太 ×M銀 ，故M銀=1.5×1011M太，即銀河系的質量至少是太陽的1.5千億倍！ 四、 用天體的質量和光度之比的質光關系估算天體質量 所謂質光關系注②就是恆星的質量和絕對光度之間的一個重要關系，最早為哈姆所提出，並在1919年由赫茨普龍通過觀測資料證實，1924年愛丁頓從理論上導出絕對光度為L的恆星與其質量M的關系為：L = kM3.5 其中絕對光度L可由實際觀察得到， 為常數，它與哈勃常數H有關。由上式可估算天體的質量為：M = (L/k)2/7 該方法除對物理性質特殊的巨星、白矮星和某些緻密天體不適用外，對占恆星總數的90％的主序星非常適用。 除以上方法可以估算天體質量以外，還有注③:用維里定理估算天體的質量（稱為"維里質量"）；雙譜分光雙星又是食雙星可由分光解和測光解中的軌道傾角，可求得兩子星的質量；雙譜分光雙星又是干涉雙星，可由分光解和軌道傾角，可計算出兩子星的質量；雙譜分光雙星的分光解加上偏振觀測所得軌道傾角可得出兩子星的質量；利用已知半徑的白矮星的引力紅移量求白矮星的質量；利用恆星在赫羅圖上的理論演化軌跡估算恆星質量（稱為"演化質量"）；對已知真半徑的脈動變星，可以由脈動周期估算平均密度，從而得出質量（稱為"脈動質量"）等方法。 當然，天體的質量隨著時間而不斷變化，主要是由於熱核反應把質量不斷轉變為輻射能和許多天體因大氣膨脹或拋射物質而不斷損失質量。而且仍有不少恆星的質量數據至今還很不可靠或精度甚低，如大角、老人、織女一、河鼓二、參宿四、心宿二等亮星，欲得到精度較高的恆星的質量，人們仍有大量的工作要做。

滿意請採納

F. 所有有關求中心天體質量的公式

萬有引力1.開普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:軌道半徑，T:周期，K:常量(與行星質量無關，取決於中心天體的質量)｝2.萬有引力定律：F＝Gm1m2/r2（G＝6.67×10-11N??m2/kg2，方向在它們的連線上）3.天體上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2｛R:天體半徑(m)，M：天體質量（kg）｝4.衛星繞行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天體質量｝5.第一(二、三)宇宙速度V1＝(g地r地)1/2＝(GM/r地)1/2＝7.9km/s；V2＝11.2km/s；V3＝16.7km/s6.地球同步衛星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半徑｝注:(1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F向＝F萬；(2)應用萬有引力定律可估算天體的質量密度等；(3)地球同步衛星只能運行於赤道上空，運行周期和地球自轉周期相同；(4)衛星軌道半徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小（一同三反）；(5)地球衛星的最大環繞速度和最小發射速度均為7.9km/s。

G. 天體質量計算式

用萬有引力定律和牛頓運動定律估算天體質量
在天體運動中，近似認為天專體的運動是屬勻速圓周運動，在其運動過程中起決定因素的是萬有引力，即萬有引力提供天體做勻速圓周運動所需的向心力，有G(mM/r2)=m
×
(2π/T)2×r
其中周期可通過天文觀測方式獲得，從而可得天體質量為：M
=
[(2π/T)2×r3]
/
G

H. 天體質量

根據萬有引力公式 F=GMm/R2 和物體的重力公式F=ma 得M=aR2/G
R和G都為已知量 現在只需求出該星球的版重力權加速度，即為此處的a
由給出的題設條件知：v=0.5*at 即：a=2v/t
所以：M=2*v*R2/Gt

I. 天體的質量是怎樣算出來的

如果天體的附近有別的天體圍繞它公轉，可一很容易測量出公轉的半徑和角速度。設要測量的天體質量為M，饒其公轉的天體的質量為m，由萬有引力等於向心力，有：
GMm/R^2=mω^2R
消去m，即可得到要求的天體質量為：
M=ω^2R^3/G

J. 求天體質量的兩種方法

(1)軌道半徑r、公轉周期T，m= (2)重力加速度g、半徑r、g=G