高中拓展 · 硬科幻模型 · 天体力学 · 引力竞争

行星的卫星,最远能跟到哪里?

太阳质量恒星、圆轨道、行星质量远小于恒星;希尔半径为近似尺度,不保证内部所有轨道稳定。增加行星质量,观察影响范围是否按同倍数扩大。

问题的来处19世纪 · 希尔与受限三体问题

希尔球:问题从哪里来?

乔治·威廉·希尔研究月球运动时发展了三体问题的方法。行星附近能长期保有卫星的大致空间范围,后来常用希尔半径估计。

读一段背景,带着问题动手

乔治·威廉·希尔研究月球运动时发展了三体问题的方法。行星附近能长期保有卫星的大致空间范围,后来常用希尔半径估计。

本页比较行星质量与轨道距离。希尔球不是一道坚硬边界,真实稳定区还受顺逆行、偏心率和其他扰动影响。

现在,换你来试增加行星质量,观察影响范围是否按同倍数扩大。 固定其他条件,亲手将行星质量/地球分别设为1和8,各核验一次;质量增加八倍,希尔半径增加几倍?

希尔球

C24 / 天体力学
今天的问题

质量增加八倍,希尔半径增加几倍?

独立探索要做什么?

增加行星质量,观察影响范围是否按同倍数扩大。 固定其他条件,亲手将行星质量/地球分别设为1和8,各核验一次;质量增加八倍,希尔半径增加几倍?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从300到1 逐步改变行星质量/地球;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
分离尺度示意 · 不按日地距离同比例绘制希尔半径1496.5461 千km0中线 · 各量独立标定

轨道图按公转半径归一化,质量固定时希尔半径比例不变,实际距离仍改变。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

金球:恒星方向蓝球:行星青环:近似希尔尺度
看这里 · 希尔半径1496.5461 千km

近似希尔半径1496.5千km;不是严格稳定轨道边界。 轨道图按公转半径归一化,质量固定时希尔半径比例不变,实际距离仍改变。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

希尔半径
1496.5461 千km
希尔半径/公转半径
0.01

近似希尔半径1496.5千km;不是严格稳定轨道边界。 轨道图按公转半径归一化,质量固定时希尔半径比例不变,实际距离仍改变。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

更靠近恒星时,同一行星还能留住同样远的卫星吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

rH≈a(Mp/(3Ms))^(1/3);稳定区还依赖顺逆行、偏心率和摄动。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

质量增加八倍,希尔半径增加几倍?

换个条件,再试一次

更靠近恒星时,同一行星还能留住同样远的卫星吗?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识天体力学 · 引力竞争涉及的量与单位:行星质量/地球(无量纲)、公转半径(AU)。高中拓展 · 硬科幻模型为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:增加行星质量,观察影响范围是否按同倍数扩大。

再做定量:保持其他条件,比较行星质量/地球与希尔半径(千km),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

rH≈a(Mp/(3Ms))^(1/3);稳定区还依赖顺逆行、偏心率和摄动。

对照核验提示:地球质量:行星质量/地球 1 ;八倍质量:只改变行星质量/地球 8 。按这些题设自己操作并比较希尔半径,不把参考情景当个人完成。

适用范围:近似希尔半径1496.5千km;不是严格稳定轨道边界。 轨道图按公转半径归一化,质量固定时希尔半径比例不变,实际距离仍改变。

NASA Science · 天文与行星科学阅读(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。