没想到吧，太阳系的这个行星根本不绕太阳转

[db:标签]��国宇航局和其他人编写的教科书《七王子》(Seven Princes)告诉我们，太阳系的八颗行星围绕太阳旋转，太阳是太阳系的中心。因此，当我们想象行星围绕太阳旋转时，一个类似旋转木马的模型总会出现在我们的脑海中。太阳似乎固定在中心，而其他行星围绕太阳的中心旋转。

这种解释清楚易懂，适合教学，但实际上也有一些缺陷。这是因为太阳系中有一颗行星不是围绕太阳旋转的。它实际上围绕着空间中一个看不见的点旋转。

这颗行星是木星。

这个不动点叫做重心，它类似于天平的支点。计算质心的位置是一个典型的二元问题。中学生应该已经计算过很多次了。质心更靠近质量较大的人。每个人都有相同的质量，质量的中心是居中的。

美国宇航局/JPL

是这样的，太阳在行星上有引力，行星也在太阳上有引力，所以当行星围绕太阳旋转时，固定点并不完全是太阳的重心。例如，你和你的同学手牵着手，不动点不是在你或你的同学身上，而是在你们之间。

这个不动点叫做重心，它类似于天平的支点。计算质心的位置是一个典型的二元问题。中学生应该已经计算过很多次了。质心更靠近质量较大的人。每个人都有相同的质量，质量的中心是居中的。

例如，在地球-月球系统中，地球和月球的质心是地球半径的75%，即距地球重心4671公里。

美国宇航局

例如，在地球-月球系统中，地球和月球的质心是地球半径的75%，即距地球重心4671公里。

地-月系统的质心(黑色叉)

ESA

然而，对于太阳系中除木星以外的其他行星，它们的质量与太阳相比可以忽略不计(例如，地球的质量只有太阳的0.0003%)，所以这个质心总是落在太阳上，接近太阳的重心。

然而，木星的质量是所有其他行星总和的两倍(木星的质量大约是太阳的0.1%)，所以木星-太阳的质量中心离太阳的质量中心更远，大约是太阳半径的1.07倍，离太阳表面大约48，000公里，比地球赤道周长还要长，我们不知道人类出售的奶茶是否能够首尾相连。

地球和月球的质心在哪里

美国航天局/空间数据办公室

换句话说，木星和太阳都围绕着这个离太阳表面48，000公里的看不见的点旋转。

那么太阳围绕这个质心旋转的速度有多快？

由于木星的引力，太阳围绕质心的旋转速度是每秒13米。相比之下，太阳绕地球-太阳系统质心的旋转速度仅为9厘米/秒，木星绕太阳旋转需要11.8年，太阳绕质心旋转需要11.8年。

知道这些知识有什么用？

这非常有用。因为太阳和木星围绕宇宙中一个看不见的点旋转，所以太阳似乎在其他地方(其他惯性参考系统)微微颤动。

从不同角度观察到的恒星摆动

地-月系统的质心(黑色叉)

美国国家航空航天局

事实上，这种摆动发生在所有的双星系统中，而且这种摆动也是天文学家发现围绕恒星运行的巨大太阳系外行星的一种方式。

从地球的角度来看，如果遥远的恒星有像木星这样的大质量行星，它相对于地球的速度会周期性地变化。这种变化将使恒星发出的光变成蓝色和红色。

例如，由于太阳的晃动，太阳光谱的夫琅禾费线将周期性地转变为红色——和蓝色——。“弗劳恩霍夫线”对其他恒星也是一样的。当它们向我们摇晃时，它们的夫琅禾费线会变成蓝色，而当它们摇晃时，它会变成红色。这种探测恒星附近行星的方法被称为多普勒摆动。

光谱没有红移或蓝移(上)、红移(中)、蓝移(下)

Caltech

说到旋转，还有一个有趣的现象叫做赞尼·贝科夫效应(Zany Bekov effect)，这是前苏联宇航员弗拉基米尔·扎尼·贝科夫发现的。

微重力下的扎尼·贝科夫效应

地-月系统的质心(黑色叉)

美国宇航局

1985年，扎尼·贝科夫发现在微重力下旋转的蝶形螺母在执行太空任务时会周期性地翻转。

微重力条件下蝶形螺母的赞尼·贝科夫效应

这一现象吓坏了前苏联。他们担心这会引起人类对世界末日的恐慌。你认为，地球可以被看作一个巨大的蝶形螺母，地球也绕着它的轴旋转。如果扎尼·贝科夫效应适用于一切，那么地球将在周期结束后旋转180度。那地球就不会被迷惑了？

但是物理学家又拯救了地球。最初，是中间轴定理主导了扎尼·贝科夫效应，而中间轴定理并不适用于地球。

简单地说，如果一个物体(刚体)在沿XYZ轴旋转时有三个不同的惯性矩(质量乘以粒子和旋转轴之间垂直距离的平方)，那么它被认为有三个不同的主轴。

T刚体的三个惯性主轴。红色的是中轴，围绕它旋转产生的惯性矩是居中的。根据中轴线定理，如果丁字刚体绕着它旋转，它肯定会周期性地翻转。

兰迪·多布森

中轴线定理指出，只有当一个物体沿着产生最大转动惯量的主轴或产生最小转动惯量的主轴转动时，它才相对稳定。当它沿着中间的惯性主轴旋转时，它将不可避免地周期性翻转。

这就是为什么当你把乒乓球拍绕着下面的轴扔的时候，它肯定会翻过来。因为这个轴是乒乓球拍的中轴，所以围绕它旋转产生的惯性矩既不是最大的也不是最小的，这是非常不稳定的。

但是如果你这样扔，你不会丢——。

如果你这样扔，你不会失去——

凯特琳大学

事实上，中轴定理也解释了跳水和体操运动员在空中旋转和转身时的手部动作。

西蒙妮·比尔斯在2019年全国体操比赛中的重力忽略

为了做摆动筋斗，运动员必须使身体不对称并沿中轴旋转。所以你可以看到他们会突然采取超人的姿势，一只手向上，一只手向下。

翻筋斗需要在中轴上旋转，所以身体应该不对称。

为了做摆动筋斗，运动员必须使身体不对称并沿中轴旋转。所以你可以看到他们会突然采取超人的姿势，一只手向上，一只手向下。

但是如果你不在空中扭动你的身体，那么你必须确保你在最大或最小惯性的主轴上旋转，所以运动员必须保持他们的身体对称和爪子对齐。

只要翻几个筋斗，不要旋转，你需要身体在最大或最小惯性的主轴上旋转。

工业和应用数学学会

另一方面，完美的均匀真空球形鸡无论如何旋转都具有相同的惯性矩，没有中间轴就不能产生赞尼·贝科夫效应。

地球是相似的。虽然地球不是一个完美的球体，但它在赤道附近更凸，所以它实际上是一个只有两个不同的惯性主轴的球形球体，而且没有中间轴，所以它不适用于中间轴定理。