各种天体质量

A. 宇宙中各种天体的特点

天体，又称星体，指太空中的物体，更广泛的解释就是宇宙中的所有的个体。天体的集聚，从而形成了各种天文状态的研究对象。天体，是对宇宙空间物质的真实存在而言的，也是各种星体和星际物质的通称。人类发射并在太空中运行的人造卫星、宇宙飞船、空间实验室、月球探测器、行星探测器、行星际探测器等则被称为人造天体。
如在太阳系中的太阳、行星、卫星、小行星、彗星、流星、行星际物质，银河系中的恒星、星团、星云、星际物质，以及河外星系、星系团、超星系团、星系际物质等。通过射电探测手段和空间探测手段所发现的红外源、紫外源 、射电源、X射线源和γ射线源，也都是天体。
天体的类型
1、恒星世界
凡是由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体都可以称为恒星。
自古以来，为了便于说明研究对象在天空中的位置，都把天空的星斗划分为若干区域，在中国春秋战国时代，就把星空划分为三垣四象二十八宿，在西方，巴比伦和古希腊把较亮的星划分成若干个星座，并以神话中的人物或动物为星座命名。
1928年国际天文学联合会确定全天分为88个星座。宇宙空间中估计有数以万亿计的恒星，看上去好象都是差不多大小的亮点，但它们之间有很大的差别，恒星最小的质量大约为太阳的百分之几，最大的约有太阳的几十倍。
由于每颗恒星的表面温度不同，它发出的光的颜色也不同。科学家们依光谱特征对恒星进行分类，光谱相同的恒星其表面温度和物质构成均相同。
恒星的寿命也不一样，大质量恒星含氢多，它们中心的温度比小质量恒星高的多，其蕴藏的能量消耗比小的更快，故过早地戕折，只能存活100万年，而小质量恒星的寿命要长达一万亿年.
恒星有半数以上不是单个存在的，它们往往组成大大小小的集团。其中两个在一起的叫双星，三、五成群的叫聚星，几十、几百甚至成千上万个彼此纠集成团的叫做星团，联系比较松散的叫星协。
2、另一类天体——“黑洞”
太阳系引力场最大的是太阳，而银河系则早在一百亿年前就形成了一个引力场极高、密度极大的漩涡中心。通过科学界的研究认证，银河系中心存在超大密度和引力场非常强的“黑洞”天体，致使大量的恒星系不断地向银河系中心聚集。在银河系核心强引力的作用下，一些不断聚集在银河系中心的恒星系又被不断地压缩，使银河中心的超大质量天体密度变得越来越大，最终将导致银河系中心的引力场越来越强。由于银河中心剧烈的物质核聚变，使银河系中心的温度继续急剧增高，引力也继续急剧加大。其又会将大部分靠近的恒星继续压缩成为一个密度不断增高、引力不断加大的新天体。此时，银河中心也就形成了连光线也都难以逃脱的强引力“黑洞”类天体。其实，这个“黑洞”并不黑，只是因为银河系内的所有物质射线全都被它吸引了，连光线也不再折射出来，所以我们就不会看到这个天体的存在，自然而然的也就形成了黑色。 银河系既然如此，而其它的星系和浩瀚的宇宙中心也是一个样子的。宇宙中数不清的“黑洞”类天体继续不断地增大，最终使宇宙各星系的所有物质被自身的“黑洞”吞并，然后再由一个超大质量的“黑洞”天体将所有的小质量的“黑洞”吞并成为一个奇点，宇宙又回到了大爆炸的初期状态。
现代科学家将宇宙黑洞定性在超新星爆炸坍塌后，在不断地进行压缩成为高质量的“黑洞”类天体。究竟一颗恒星在坍塌过程中，是什么物质产生的密度极高、引力场极强的类天体呢?我们知道，恒星是由物质的核聚变形成的，是否是由不同的物质粒子在不断地被引力场压缩重组后形成一种我们人类还不能解释的一种新的物质体系呢?也有可能会形成一个超级的原子，在超级引力场的作用下，空间所有物质的原子都被压缩在一起。这个巨无霸的超级宇宙原子具备了所有物质原子的形态，内核是由所有物质的质子和中子形成的正电荷中心，核外围绕着所有被压缩物质的负电子荷云团。这个宇宙原子构成了空间强大的电力场，在电力场的周围构成了强大的宇宙磁场。在经过数十亿年后，这个不断运动着的超级宇宙原子的核心温度在不断地增长、裂变、膨胀，最终走向大爆炸极限，而后又形成了一个崭新的物质宇宙时空系。当宇宙构成一个巨大的原子后，宇宙空间已不复存在，没有了物质的分类，也不再会有光线的存在，只有电场和磁场，这就是宇宙的循环过程。
3、太阳系
是由受太阳引力约束的天体组成的系统，它的最大范围约可延伸到1光年以外。太阳系的主要成员有：太阳(恒星)、八大行星(包括地球)、无数小行星、众多卫星(包括月亮)，还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质.在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8%，其它天体的总和不到有太阳的0.2%。太阳是中心天体，它的引力控制着整个太阳系，使其它天体绕太阳公转，太阳系中的八大行星(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圆轨道上，朝同一方向绕太阳公转。
八大行星中，一般把水星、金星、地球和火星称为类地行星，它们的共同特点是其主要由石质和铁质构成，半径和质量较小，但密度较高。把木星、土星、天王星和海王星称为类木行星，它们的共同特点是其主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。冥王星是特殊的一颗行星。 行星离太阳的距离具有规律性，即从离太阳由近到远计算，行星到太阳的距离(用a表示)a=0.4+0.3*2n-2(天文单位)其中n表示由近到远第n个行星(详见上表) 地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的自转周期为12小时到一天左右，但水星、金星自转周期很长，分别为58.65天、243天，多数行星的自转方向和公转方向相同，但金星则相反。 除了水星和金星，其它行星都有卫星绕转，构成卫星系。 (最新研究显示，冥王星属于矮行星，不属于行星)
在太阳系中，现已发现1600多颗彗星，大多数彗星是朝同一方向绕太阳公转，但也有逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化。 太阳系中还有数量众多的大小流星体，有些流星体是成群的，这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。 太阳系是银河系的极微小部分，它只是银河系中上千亿个恒星中的一个，它离银河系中心约8.5千秒差距,即不到3万光年。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。可见，太阳系不在宇宙中心，也不在银河系中心。 太阳是50亿年前由星际云瓦解后的一团小云塌缩而成的，它的寿命约为100亿年。
4、所以，天体的类型有：星云、恒星、流星、彗星、行星、卫星、星际空间的气体、尘埃等。

B. 各种天体的质量排名

这个要划分观察对象了：
在太阳系中：太阳 > 行星 > 卫星 > 彗星、小行星 （彗星和小行星，在质量上有大有小，难以严格区分 ）
放眼宇宙：黑洞（不考虑微黑洞） > 巨恒星（以后发展为红超巨星、然后坍塌为黑洞） > 中小质量恒星（以后发展为红巨星、白矮星、中子星） > 巨行星 > 行星 > 矮行星 > 小行星

星云和类星体的质量也很大，但是因为还没有形成天体，我就不说了。

C. 人类是怎么样算出各种星体的质量，温度

1、温度

可以测量恒星的光谱、光度和距离,然后套公式就行了。
有维恩位移定律和斯特蕃-玻尔兹曼定律还有那个恒星光度半径辐射总量关系的公式可知：温度越高,能量越像短波波段集中,反之向较长的波段集中.这就是为什么蓝色恒星温度大于橙红色的恒星。

当然太阳、行星等较近的天体可以用辐射热测定器测量。

随着时代的发展，发现了红外线、紫外线、X射线和γ射线等波段，天体测量范围从可见光观测发展到肉眼不可见的领域，可以观测到数量更多的、亮度更暗的恒星、星系、射电源和红外源。随着各种精密测量仪器的出现，测量的精度也逐渐提高。

2、怎么称出一个天体的质量

恒星是巨大的热气体球，位于数万亿英里外，但从地球观测他们的时候，在茫茫夜空中他们不过是微弱的小亮点。在一项新的研究中，天文学家精确测量了一颗白矮星的质量，这是一颗即将走到生命终点的恒星。测量天体的质量，说的很简单，但究竟如何才能做到呢?科学家如何“称量”这颗几光年之外的天体的质量?

唯一的方法似乎就是测量引力的影响，这个方法基于测量恒星，行星，星系之间的引力作用。

作为背景恒星发出的光经过白矮星,光线发生弯曲,这意味着我们看到的光来自的方向与实际光发出的方向是不一致的，当观察者与恒星之间的白矮星慢慢移动时，我们就会看到恒星发出的光形成一个光环——爱因斯坦环。

这种效应，称为引力微透镜效应。在日全食观测这种效应，之前的观测范围更大，观测比斯坦2051b更遥远的天体上，引力作为放大镜，可以弯曲星光，也可以聚光，因此，点亮了光源，就这样，一种被称为爱因斯坦环的现象——由于引力而产生的光的变形（引力透镜效应）——可以帮助科学家观测遥远的天体，进而可以测量天体的质量。

科学家能够测量附近的白矮星所造成的光的弯曲，目前是罕见的。但是新的天文台，新的卫星，将允许天文学家更频繁地观察这些事件，从而使他们能够绘制出迄今为止难以研究的宇宙天体。

D. 天体质量 和密度 怎么求

1.用万有引力定律和牛顿运动定律估算天体质量

在天体运动中,近似认为天体的运动是匀速圆周运动,在其运动过程中起决定因素的是万有引力,即万有引力提供天体做匀速圆周运动所需的向心力,有G(mM/r2)=m × (2π/T)2×r 其中周期可通过天文观测方式获得,从而可得天体质量为：M = [(2π/T)2×r3] / G

2.用天体真半径和表面重力加速度推算天体质量
在天体表面,物体所受万有引力与它所受重力近似相等,由万有引力定律有：G(mM/R2)=mg
即M = gR2/G

3.由开普勒第三定律估算天体质量
开普勒三定律注①是关于行星围绕太阳运动的规律,是德国天文学家开普勒认真分析了丹麦天文学家第谷·布拉赫的大量对天体运行观测资料的基础上提出的,它的内容是：
开普勒第一定律（椭团轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上,但行星轨道的偏心率都比较小,例如,地球轨道的偏心率只有0.0167,很接近于圆.
开普勒第二定律（面积定律）：对每个行星来说,太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等.
开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等.即：a3/T2 = C（常数）
由于第谷·布拉赫的资料都是靠肉眼观测记录的,开普勒三定律与行星实际运行的情况有少许偏离,后来人们修正了开普勒第三定律,得到准确的表达式是：a3/T2(M+m) = G/4π2
其中M为太阳的质量；m为行星的质量；a为椭圆轨道的长半轴；T为行星的公转周期；万有引力常数 G = 6.67×10-11N·m2/Kg2.

E. 地球以及各种天体的质量是如何精确测出的

一、 用万有引力定律和牛顿运动定律估算天体质量 在天体运动中，近似认为天体的运动是匀速圆周运动，在其运动过程中起决定因素的是万有引力，即万有引力提供天体做匀速圆周运动所需的向心力，有G(mM/r2)=m × (2π/T)2×r 其中周期可通过天文观测方式获得，从而可得天体质量为：M = [(2π/T)2×r3] / G 例：（2001年理综）太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和 11H、24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+411H---24He+ 释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的11H核的数目从现有数减少10％，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和11H核组成。 （1） 为了研究太阳演化过程，需要知道目前太阳的质量M。已知地球半径为R=6.4×106m ，地球质量为m=6.0×1024 kg，日地中心的距离为 r=1.5×1011m，地球表面处的重力加速度为g=10m/s2 ，一年约为3.2×107 s。试估算日前太阳的质量M。（估算结果只要求一位有效数字，另第二、三问略） 分析：设T为地球绕日心运动的周期，则由万有引力定律和牛顿运动定律可知： G(mM/r2) = m × (2π/T)2×r-----------① 地球表面处的重力加速度： g = G(mM/r2)-----------------------② 由①②式联立解得： M = m × (2π/T)2×(r3/R2g) 以题结数值代入，得M = 2 × 1030Kg。 二、 用天体真半径和表面重力加速度推算天体质量 在天体表面，物体所受万有引力与它所受重力近似相等，由万有引力定律有：G(mM/R2)=mg 即M = gR2/G 例:由天文观测可得月球的直径为3476km，月面上物体做自由落体运动的重力加速度为1.62m/s2,则月球的质量为：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、 由开普勒第三定律估算天体质量 开普勒三定律注①是关于行星围绕太阳运动的规律，是德国天文学家开普勒认真分析了丹麦天文学家第谷·布拉赫的大量对天体运行观测资料的基础上提出的，它的内容是： 开普勒第一定律（椭团轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动，太阳是在这些椭圆的一个焦点上，但行星轨道的偏心率都比较小，例如，地球轨道的偏心率只有0.0167，很接近于圆。 开普勒第二定律（面积定律）：对每个行星来说，太阳和行星的联线在相等的时间内扫过的面积相等。 开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方跟公转周期的平方的比值都相等。即：a3/T2 = C（常数） 由于第谷·布拉赫的资料都是靠肉眼观测记录的，开普勒三定律与行星实际运行的情况有少许偏离，后来人们修正了开普勒第三定律，得到准确的表达式是：a3/T2(M+m) = G/4π2 其中M为太阳的质量；m为行星的质量；a为椭圆轨道的长半轴；T为行星的公转周期；万有引力常数 G = 6.67×10-11N·m2/Kg2。 例：试估算银河系的质量。 分析：测量银河系的质量时，为了便于分析和计算，通常改变修正后的开普勒第三定律中的 和 的单位。如果设地球到太阳的平均距离为 =1天文单位，地球绕太阳公转的周期 =1年，则对地球和太阳这个系统而言，若略去地球质量，地球绕太阳运转的开普勒第三定律为: 13/12(M太+0) = G/4π2即 G/4π2 = 1/M太--------③ 选太阳和银河系为一个系统，由开普勒第三定律有： a3/T2(M银+M太) = G/4π2-----------------------④ 长期的天文观测可知，太阳以250km/s 的速度带领着太阳系中的星体绕银河系的中心旋转，若取天文单位为距离单位，年为周期单位，太阳每转一周约需T=2.4×108年；太阳到银河系中心的距离为 a ≈33000光年=2.06×109天文单位，联立③④可得:M银+M太= (2.06×109)3M太/(2.4×108)2= 1.5×1011M太 这里M太是太阳绕银河系的中心旋转的轨道以内银河系诸星体的质量，因M太 ×M银 ，故M银=1.5×1011M太，即银河系的质量至少是太阳的1.5千亿倍！ 四、 用天体的质量和光度之比的质光关系估算天体质量 所谓质光关系注②就是恒星的质量和绝对光度之间的一个重要关系，最早为哈姆所提出，并在1919年由赫茨普龙通过观测资料证实，1924年爱丁顿从理论上导出绝对光度为L的恒星与其质量M的关系为：L = kM3.5 其中绝对光度L可由实际观察得到， 为常数，它与哈勃常数H有关。由上式可估算天体的质量为：M = (L/k)2/7 该方法除对物理性质特殊的巨星、白矮星和某些致密天体不适用外，对占恒星总数的90％的主序星非常适用。 除以上方法可以估算天体质量以外，还有注③:用维里定理估算天体的质量（称为"维里质量"）；双谱分光双星又是食双星可由分光解和测光解中的轨道倾角，可求得两子星的质量；双谱分光双星又是干涉双星，可由分光解和轨道倾角，可计算出两子星的质量；双谱分光双星的分光解加上偏振观测所得轨道倾角可得出两子星的质量；利用已知半径的白矮星的引力红移量求白矮星的质量；利用恒星在赫罗图上的理论演化轨迹估算恒星质量（称为"演化质量"）；对已知真半径的脉动变星，可以由脉动周期估算平均密度，从而得出质量（称为"脉动质量"）等方法。 当然，天体的质量随着时间而不断变化，主要是由于热核反应把质量不断转变为辐射能和许多天体因大气膨胀或抛射物质而不断损失质量。而且仍有不少恒星的质量数据至今还很不可靠或精度甚低，如大角、老人、织女一、河鼓二、参宿四、心宿二等亮星，欲得到精度较高的恒星的质量，人们仍有大量的工作要做。

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F. 所有有关求中心天体质量的公式

万有引力1.开普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:轨道半径，T:周期，K:常量(与行星质量无关，取决于中心天体的质量)｝2.万有引力定律：F＝Gm1m2/r2（G＝6.67×10-11N??m2/kg2，方向在它们的连线上）3.天体上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2｛R:天体半径(m)，M：天体质量（kg）｝4.卫星绕行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天体质量｝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.地球同步卫星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半径｝注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F向＝F万；(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等；(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空，运行周期和地球自转周期相同；(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小（一同三反）；(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9km/s。

G. 天体质量计算式

用万有引力定律和牛顿运动定律估算天体质量
在天体运动中，近似认为天专体的运动是属匀速圆周运动，在其运动过程中起决定因素的是万有引力，即万有引力提供天体做匀速圆周运动所需的向心力，有G(mM/r2)=m
×
(2π/T)2×r
其中周期可通过天文观测方式获得，从而可得天体质量为：M
=
[(2π/T)2×r3]
/
G

H. 天体质量

根据万有引力公式 F=GMm/R2 和物体的重力公式F=ma 得M=aR2/G
R和G都为已知量 现在只需求出该星球的版重力权加速度，即为此处的a
由给出的题设条件知：v=0.5*at 即：a=2v/t
所以：M=2*v*R2/Gt

I. 天体的质量是怎样算出来的

如果天体的附近有别的天体围绕它公转，可一很容易测量出公转的半径和角速度。设要测量的天体质量为M，饶其公转的天体的质量为m，由万有引力等于向心力，有：
GMm/R^2=mω^2R
消去m，即可得到要求的天体质量为：
M=ω^2R^3/G

J. 求天体质量的两种方法

(1)轨道半径r、公转周期T，m= (2)重力加速度g、半径r、g=G