科学家是如何区分地球以外行星的北极和南极?

天文自然2023-08-13 12:58:57

科学家是如何区分地球以外行星的北极和南极?

根据国际天文学联合会(IAU)的规定,行星相对于其自转的北极是太阳系不变平面北侧的极点。该平面垂直于太阳系的角动量矢量,并穿过其质心(其质心)。

角动量与旋转运动有关。当一个天体旋转时,其角动量矢量沿着其旋转轴指向,如右手定则所定义。该规则规定,如果你伸出右手并向旋转方向卷曲手指,则你的拇指将指向旋转轴。太阳系的角动量由太阳和绕太阳运行的所有行星、小行星、彗星等天体共同组成。由此,你可以计算出太阳系的旋转轴。那么,不变平面垂直于该轴并穿过质心(太阳系的质心)。

国际天文学联合会将行星的北极定义为位于太阳系不变平面以北的极点。行星的正极是通过其自转方向和右手定则来确定的:当您朝自转方向弯曲右手手指时,您的拇指指向正极。正极和北极可能不相同。图片来源:天文学:Roen Kelly
国际天文学联合会将行星的北极定义为位于太阳系不变平面以北的极点。行星的正极是通过其自转方向和右手定则来确定的:当您朝自转方向弯曲右手手指时,您的拇指指向正极。正极和北极可能不相同。

不变平面并不完全是黄道面,黄道面被定义为地球绕太阳运行的轨道平面,尽管它很接近,倾斜度不到2°。但是,虽然黄道可以随时间变化,但不变平面却是不变的,因此它提供了一个自然固定的参考点。无论该行星的磁场方向(只要它有一个)或其自转方向如何,位于太阳系不变平面上方的行星的哪一极都是自转北极。

大多数行星沿着它们绕太阳运动的方向旋转。但是,例如,金星逆行旋转——与其轨道运动方向相比是向后旋转。根据国际天文学联合会的定义,金星的北极仍然是太阳系平面的北方,就像顺行行星一样。

那么为什么NA​​SA将金星和天王星的倾斜角分别列为177.4°和97.8°呢?还有另一种定义行星两极的方法,使用相同的右手定则。用右手,沿着行星旋转的方向弯曲手指。你的拇指指向正极的方向,这样称呼是为了避免与北极混淆。太阳系八颗行星中有六颗的正极位于黄道上方,因此这些行星的倾斜度小于90°。但对于金星和天王星来说,沿着它们的旋转方向卷曲手指(从国际天文学联合会定义的北极上方向后看)会导致你的拇指指向下方;因此,它们的正极倾斜177.4°和97.8°。

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