质心

在天文学中，重心（是两个或多个相互环绕的天体的质心，并且是 物体绕其运行的点。 重心是一个动力学点，而不是一个物理对象。 它是天文学和天体物理学等领域的一个重要概念。 从一个物体的质心到重心的距离可以计算为一个二体问题。

如果两个绕轨道运行的天体中的一个比另一个大得多并且两个天体彼此相对靠近，则质心通常位于质量更大的物体内。 在这种情况下，不是两个天体似乎围绕它们之间的一个点运行，而是质量较小的天体似乎围绕质量较大的天体运行，而较大的天体可能会被观察到轻微摆动。 地月系统就是这种情况，其质心距离地球中心平均 4,671 公里（2,902 英里），是地球半径 6,378 公里（3,963 英里）的 75%。 当两个天体的质量相似时，质心通常位于它们之间，并且两个天体都围绕它运行。 冥王星和冥王星的天然卫星之一卡戎以及许多双星小行星和双星都是这种情况。 当质量较小的物体距离较远时，重心可以位于质量较大的物体之外。 木星和太阳就是这种情况； 尽管太阳的质量是木星的千倍，但由于它们之间的距离相对较大，它们的质心略微位于太阳之外。

在天文学中，质心坐标是原点位于两个或多个物体的质心的非旋转坐标。 国际天球参考系 (ICRS) 是以太阳系的质心为中心的质心坐标系。

重心是每个物体的椭圆轨道的焦点之一。 这是天文学和天体物理学领域的一个重要概念。 如果a是系统的半长轴，r1是主轨道围绕重心的半长轴，r2 = a − r1是副轨道的半长轴。 当质心位于质量更大的天体内时，该天体会出现摆动，而不是遵循可辨别的轨道。 在简单的双体情况下，从初级中心到重心的距离 r1 由下式给出：

r 1 = a ⋅ m 2 m 1 + m 2 = a 1 + m 1 m 2 {\displaystyle r_{1}=a\cdot {\frac {m_{2}}{m_{1}+m_ {2}}}={\frac {a}{1+{\frac {m_{1}}{m_{2}}}}}}

在哪里 ：

• r1 是物体 1 的中心到重心的距离
• a 是两个物体中心之间的距离
• m1 和 m2 是两个物体的质量。

下表列出了太阳系的一些例子。 数字四舍五入至三位有效数字。 术语主要和次要用于区分所涉及的参与者，较大的是主要的，较小的是次要的。

• m1 是地球质量 (MEarth) 中的初级质量
• m2 是地球质量 (MEarth) 中次生星的质量
• a (km) 是两个天体中心之间的平均轨道距离
• r1 (km) 是初级中心到重心的距离
• R1 (km) 是初级的半径
• r1/R1 小于 1 的值表示重心位于初级内部

A 地球有明显的摆动。 另见潮汐。B 冥王星和卡戎有时被认为是双星系统，因为它们的质心不在任何一个天体内。C 太阳的摆动几乎不可察觉。D 太阳在其表面上方绕质心运行。

如果 m1 ≫ m2——这对太阳和任何行星都是正确的——那么比率 r1/R1 近似为：

一个 R 1 ⋅ 米 2 米 1 。 {\displaystyle {\frac {a}{R_{1}}}\cdot {\frac {m_{2}}{m_{1}}}.}

因此，只有在以下情况下，太阳-行星系统的质心才会位于太阳之外：

如果木星有水星的轨道（57,900,000 公里，0.387 天文单位），太阳-木星质心距太阳中心大约 55,000 公里（r1/R1 ≈ 0.08）。 但是，即使地球有阋神星的轨道（1.02×1010 公里，68 个天文单位），日地质心仍会在太阳内（距离中心仅 30,000 多公里。