太陽(yáng)系行星存在條件分析

1、PAGE PAGE 10太陽(yáng)系行星存在條件分析旋渦星系探索之二 曲維政 曲維政，男，1945年10月生，教授，研究方向：宇宙動(dòng)力學(xué)研究。 中國(guó)海洋大學(xué)，青島，266100 HYPERLINK mailto: 摘 要 太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方程數(shù)量級(jí)分析表明，太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特征主要由太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)和球面性所決定：A太陽(yáng)赤道面附近高空，萬(wàn)有引力與離心力處于平衡狀態(tài)，物質(zhì)作準(zhǔn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度唯一地由公轉(zhuǎn)軌道半徑?jīng)Q定；B在太陽(yáng)中緯度隨高度增加，離心力逐漸成為最大力項(xiàng)，引力項(xiàng)逐漸成為次要力。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度增加將導(dǎo)致物質(zhì)離太陽(yáng)而去；C在太陽(yáng)球面極區(qū)附近高空，離心力和球面曲率力是起主導(dǎo)作用的力，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物質(zhì)離太陽(yáng)而

2、去。高度越高速度越大，這個(gè)特點(diǎn)越明顯。另外，在太陽(yáng)極區(qū)附近高空，當(dāng)距太陽(yáng)中心距離達(dá)到或者超過(guò)6.9591011m時(shí)，科氏力作用上升，與曲率力和離心力一起控制運(yùn)動(dòng)形式，即在太陽(yáng)北半球高空，運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向右偏轉(zhuǎn)，形成順時(shí)針流線；在太陽(yáng)南半球，運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向左偏轉(zhuǎn)；D當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度等于小于2.0104m/s數(shù)量級(jí)時(shí)，太陽(yáng)低空各緯度帶，萬(wàn)有引力總是最大力項(xiàng)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)系 科里奧利力 天體運(yùn)動(dòng) 萬(wàn)有引力1引言把科里奧利（Coriolis）力引入天體運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析1，將引導(dǎo)關(guān)于宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和星系星團(tuán)形成過(guò)程的探索走出霧區(qū)，使人們認(rèn)識(shí)到，氣體云在引力作用下向中心運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不是簡(jiǎn)單的坍縮，也不是以近乎自由

3、落體的方式掉向中心2，而是受科氏力影響不斷向右偏轉(zhuǎn)（天北球）形成螺旋狀輻合路線向中心輻合，從而形成了旋轉(zhuǎn)的盤(pán)狀旋渦星系3。根據(jù)旋渦星系動(dòng)力學(xué)特征，我們將還沒(méi)有形成明顯的具有自轉(zhuǎn)角速度的中心球體的旋渦星系稱(chēng)為初期旋渦星系，如旋渦星系NGC2997和旋渦星系M51；已經(jīng)形成明顯的具有自轉(zhuǎn)角速度的中心球體的旋渦星系稱(chēng)為青年旋渦星系，如銀河系、仙女星系；旋渦星系不斷將物質(zhì)向中心輻合，中心球體不斷增大，當(dāng)中心球體周?chē)鄶?shù)物質(zhì)都匯聚于球體之上，旋臂則逐漸消隱。只有在自轉(zhuǎn)球形天體赤道面上，偏向力和曲率力趨近于零，那些萬(wàn)有引力與離心力取得平衡的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)，仍在繞球形天體作近乎圓周運(yùn)動(dòng)，成為象征性的旋臂，形成了后

4、期旋渦星系，類(lèi)似于太陽(yáng)系的恒星都屬于此類(lèi)。后期旋渦星系（如太陽(yáng)系）多數(shù)在其赤道面附近殘留有繞（太陽(yáng)）中心軸旋轉(zhuǎn)的行星、衛(wèi)星和數(shù)量眾多的小天體和氣體等宇宙物質(zhì)。下面以太陽(yáng)系為例討論后期旋渦星系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)。2. 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的速度和加速度本文以太陽(yáng)系為例討論在太陽(yáng)系中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)牛頓第二定律成立，可以表示成 da/dt 式中Fi是作用于單位質(zhì)量物體上的外力,i是各不同性質(zhì)作用力的標(biāo)號(hào)；下標(biāo)a表示在慣性坐標(biāo)系觀測(cè)到的速度和加速度,va稱(chēng)作絕對(duì)速度,dava/dt稱(chēng)作絕對(duì)加速度。為了導(dǎo)出相對(duì)于太陽(yáng)系的運(yùn)動(dòng)(相對(duì)運(yùn)動(dòng))和相對(duì)于慣性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)(絕對(duì)運(yùn)動(dòng))之間的關(guān)系,我們選取以

5、下兩個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,其z軸為太陽(yáng)系中心軸,x軸和y軸固定在太陽(yáng)系赤道平面上,跟隨太陽(yáng)系一起旋轉(zhuǎn)；另一個(gè)是靜止坐標(biāo)系,軸和太陽(yáng)系中心軸一致,而軸和軸也落在赤道平面上,但固定不動(dòng),如圖1所示。如P點(diǎn)表示太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的起始位置,經(jīng)過(guò)dt時(shí)間之后,對(duì)于靜止坐標(biāo)系來(lái)說(shuō),太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)移到了點(diǎn),其絕對(duì)位移 。這時(shí)起始位置P由于太陽(yáng)系的旋轉(zhuǎn)已移至位置,故對(duì)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來(lái)說(shuō),太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的位移是，稱(chēng)為相對(duì)位移。另外，我們把稱(chēng)為牽連位移。于是三個(gè)位移之間有以下關(guān)系： 其對(duì)應(yīng)速度間的關(guān)系則為 上式表明絕對(duì)速度Va 等于相對(duì)速度V與牽連速度Ve的向量和。 圖1. 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（X-Y-Z）與靜止坐標(biāo)系

6、(-)由圖1可知，牽連速度Ve實(shí)際上就是球面上P點(diǎn)由于太陽(yáng)系旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的線速度，即 將上式代入（3）式，得 如果將上式用P點(diǎn)的位置向量r表示，則 已經(jīng)證明微分算子不僅對(duì)于位置向量r成立，而且任意向量，如Va，都成立。根據(jù)（4）式可以證明由圖1可知：再利用三重向量積的運(yùn)算公式，得其中R是P點(diǎn)在緯圈平面上的徑向量。于是上式表明，絕對(duì)加速度 daVa/dt為相對(duì)加速度dV/dt、科里奧利（Coriolis）加速度2V和向心加速度-2R三項(xiàng)之和。 我們把 2V稱(chēng)為科里奧利（Coriolis）力（簡(jiǎn)稱(chēng)科氏力）、把-2R 稱(chēng)為慣性離心力（簡(jiǎn)稱(chēng)離心力）。3 太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程的向量形式作用于太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)

7、的力有萬(wàn)有引力、科氏力和離心力。由于宇宙空間分子粘性力極小，可以忽略不計(jì)，本文不予考慮。以下對(duì)這些力的性質(zhì)進(jìn)行討論。（1）萬(wàn)有引力.單位質(zhì)量太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所受的太陽(yáng)系引力為 其中G是引力常數(shù),等于6.67210-8厘米3克-1秒-2；M是太陽(yáng)系的質(zhì)量； r是由太陽(yáng)系中心引向太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)方向上的向量；r 是太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)距中心的距離。太陽(yáng)系引力的方向指向太陽(yáng)系中心。（2）離心力 單位質(zhì)量太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的離心力其方向垂直于太陽(yáng)系中心軸指向外。將(7)和(10)相加,得到單位質(zhì)量太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所受的重力，即重力加速度 從圖2可以看出,如把太陽(yáng)系作為完全的球體,則g的方向不與球面垂直。我們把F2分解

8、成兩個(gè)互相垂直的分力，一個(gè)分力部分地抵消了太陽(yáng)系引力,而另一個(gè)分力則相切于球面并指向赤道。后一分力的存在使球面上的自由物體發(fā)生向赤道方向的運(yùn)動(dòng)。因而這種作用力決定了太陽(yáng)系表面的形狀,使太陽(yáng)系成為一個(gè)兩極比較扁平的橢球體,從而重力處處與橢球面垂直，不再有指向赤道的分力了。 圖2 重力在球面上的分解11同樣的分析方法可用于銀河系、地球等球狀天體，從而解析了為什麼銀河系呈扁率很大的鐵餅狀天體。地球雖然是固體，由于上述原因，也呈扁球狀，地球半徑兩極小于赤道。 (3) 科氏力也是一種和太陽(yáng)系旋轉(zhuǎn)有關(guān)的慣性力。但是它與離心力不同,離心力是物體呈現(xiàn)相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)作用在物體上的力,只與太陽(yáng)系的旋轉(zhuǎn)有關(guān),而科氏

9、力的產(chǎn)生還需要物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由上節(jié)已知,作用在單位質(zhì)量太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)上的科氏力等于-2V,于是科氏力的大小等于太陽(yáng)系旋轉(zhuǎn)角速度和相對(duì)速度V構(gòu)成的平行四邊形面積的兩倍,其方向則始終垂直于和V組成的平面,在北半球面向V的方向時(shí)指向右,在南半球指向左。如文獻(xiàn)1中所給出的：稱(chēng)為科里奧利參數(shù)。最后,我們把上節(jié)和本節(jié)討論的結(jié)果代人(1)中,得到 上式即太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方程的向量形式，說(shuō)明太陽(yáng)系物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)主要由萬(wàn)有引力、科里奧利力和離心力決定。4 太陽(yáng)系物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程的標(biāo)量形式 下面我們把矢量運(yùn)動(dòng)方程（10）展開(kāi)成標(biāo)量形式.參照青年旋渦星系運(yùn)動(dòng)方程組（24）（25）式，其中至旋渦星系距離和本超星系團(tuán)半徑r

10、，在這里均以太陽(yáng)系中心至運(yùn)動(dòng)物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)距離取代之，其中離心力項(xiàng)分母上的R，在這里為,所以（24）（25）式在太陽(yáng)系改寫(xiě)為： 由上式可知，太陽(yáng)球面相對(duì)運(yùn)動(dòng)由太陽(yáng)引力、科氏力或者稱(chēng)為偏向力和離心力、球面曲率力決定。方程右邊第三項(xiàng)是由于太陽(yáng)球面性產(chǎn)生的，因此稱(chēng)為曲率力項(xiàng)。為了分析方程中各項(xiàng)對(duì)于球面運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)，突出主要因子和運(yùn)動(dòng)主要特征，下面對(duì)方程組（11）、（12）進(jìn)行尺度分析.首先對(duì)各項(xiàng)數(shù)量級(jí)進(jìn)行分析，方程右邊第2項(xiàng)為科氏力項(xiàng)，其中包含正弦函數(shù)，正弦函數(shù)是緯度的函數(shù)，在01之間變化，在極地為1，赤道附近接近于0；方程右邊第3項(xiàng)為曲率項(xiàng)，包含正切函數(shù)，正切函數(shù)也是緯度的函數(shù)，在，0無(wú)窮大之間變化，在極

11、地附近接近為無(wú)窮大，赤道附近接近于0；方程右邊第4項(xiàng)為離心力項(xiàng)，分母包含余弦函數(shù)，余弦函數(shù)在，01之間變化，在極地附近余弦函數(shù)接近于0，則離心力項(xiàng)接近為無(wú)窮大；余弦函數(shù)在赤道附近接近于1。由此可知，要獲得正確地尺度分析，需要考慮緯度變化影響，本文分赤道附近、中緯度和太陽(yáng)極區(qū)附近三個(gè)緯度帶進(jìn)行考察。首先看赤道附近。4.1太陽(yáng)赤道附近運(yùn)動(dòng)方程 九大行星和數(shù)量眾多小天體、氣體塵埃等宇宙物質(zhì)在太陽(yáng)赤道面附近繞太陽(yáng)中心軸作近乎圓周運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了旋渦星系極為特殊的一類(lèi)旋臂，也是將太陽(yáng)系歸為后期旋渦星系重要依據(jù)之一；太陽(yáng)作為具有自轉(zhuǎn)角速度的太陽(yáng)系球形中心天體，是太陽(yáng)系能歸于旋渦星系的另一特征。下面分別考察赤道

12、球面附近和赤道高空物質(zhì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)關(guān)系。4.1.1太陽(yáng)赤道球面附近運(yùn)動(dòng)方程 太陽(yáng)赤道球面附近運(yùn)動(dòng)速度u尺度取2.0104m/s，太陽(yáng)半徑r約為6.959108m, 高度取1.59106m,，就是說(shuō)考察色球?qū)犹?yáng)大氣運(yùn)動(dòng)情況4。太陽(yáng)質(zhì)量M約1.991030kg, G=6.6725910-11m3/kg.s2。赤道面附近科氏力項(xiàng)和曲率項(xiàng)趨近于零,余弦函數(shù)趨近于1，南北向風(fēng)速分量趨近于零，這樣只剩下（11）式加速度項(xiàng)、引力項(xiàng)和離心力項(xiàng)，各項(xiàng)量級(jí)為： 上式表示引力項(xiàng)數(shù)量級(jí)最大，離心力項(xiàng)次之，比引力項(xiàng)小3個(gè)數(shù)量級(jí)，加速度項(xiàng)比引力項(xiàng)小6個(gè)數(shù)量級(jí)，均可以忽略。由此可以說(shuō)明，在太陽(yáng)赤道附色球?qū)右韵挛镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)

13、引力起主導(dǎo)作用，離心力和加速度力作用極小，難與引力抗衡，只能形成由于熱力和電磁力作用所形成的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。4.1.2 太陽(yáng)赤道面附近高空運(yùn)動(dòng)方程 選擇九大行星之一的地球軌道運(yùn)動(dòng)速度u尺度取3.0104m/s，高度為日地平均距離，即地球軌道平均半徑約為1.4961011m,如上所述，赤道面附近科氏力項(xiàng)和曲率項(xiàng)趨近于零,余弦函數(shù)趨近于1，南北向風(fēng)速分量趨近于零，這樣只剩下（11）式加速度項(xiàng)、引力項(xiàng)和離心力項(xiàng)，各項(xiàng)量級(jí)為：上式表示引力項(xiàng)與離心力項(xiàng)量級(jí)相等，均比加速度項(xiàng)大2個(gè)數(shù)量級(jí)，加速度項(xiàng)可以忽略，保留最大量級(jí)項(xiàng)獲得零級(jí)簡(jiǎn)化方程為： 就是說(shuō)，太陽(yáng)赤道面附近高空宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要受引力與離心力影響，二者處于

14、平衡狀態(tài)，物質(zhì)作準(zhǔn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，于是運(yùn)行速度可以以很大精度表示為： （14）式表明，地球或者其他行星在公轉(zhuǎn)軌道上的運(yùn)行速度，唯一地由其公轉(zhuǎn)軌道半徑?jīng)Q定。如果把定義為公轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸，運(yùn)動(dòng)速度u為公轉(zhuǎn)軌道上的線速度，公轉(zhuǎn)周期為T(mén)，則，將此式代進(jìn)（14）式，可得： 上式就是開(kāi)普勒天體運(yùn)動(dòng)第三定律表達(dá)式。所以（14）式乃開(kāi)普勒天體運(yùn)動(dòng)第三定律的另一種形式。也就是說(shuō)，開(kāi)普勒天體運(yùn)動(dòng)第三定律乃運(yùn)動(dòng)方程組（11）、（12）式的特例，即在太陽(yáng)赤道面附近的簡(jiǎn)化形式。4.2太陽(yáng)北半球中緯度運(yùn)動(dòng)方程 參照青年旋渦星系（11）（12）式，其中太陽(yáng)系中心至運(yùn)動(dòng)物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)距離，在這里均以太陽(yáng)半徑r取代之，其中離心力項(xiàng)分母上

15、的R，在這里為,所以（11）（12）式改寫(xiě)為： 由上式可知，太陽(yáng)球面相對(duì)運(yùn)動(dòng)由太陽(yáng)引力、科氏力或者稱(chēng)為偏向力和離心力、球面曲率項(xiàng)力決定。方程右邊第三項(xiàng)是由于太陽(yáng)球面性產(chǎn)生的，因此稱(chēng)為曲率項(xiàng)或者曲率項(xiàng)力。4.2.1太陽(yáng)北半球中緯度球面運(yùn)動(dòng)方程 中緯度太陽(yáng)球面各參數(shù)尺度與赤道球面附近基本相同，即運(yùn)動(dòng)速度u尺度取2.0104m/s，太陽(yáng)半徑r約為6.959108m, 太陽(yáng)質(zhì)量M約1.991030kg, G=6.6725910-11m3/kg.s2。高度取1.59106m,，就是說(shuō)考察色球?qū)犹?yáng)大氣運(yùn)動(dòng)情況。赤道面附近科氏力參數(shù)為2.59710-6 s-1。為了討論方便，這里選擇北緯45度代表中緯度，

16、這樣方程組中的，方程各項(xiàng)數(shù)量級(jí)為：上式表示引力項(xiàng)數(shù)量級(jí)最大，離心力項(xiàng)數(shù)量級(jí)次之，各項(xiàng)依次比引力項(xiàng)小27個(gè)數(shù)量級(jí)，均可以忽略。由此可以說(shuō)明，在太陽(yáng)中緯度球面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)引力起主導(dǎo)作用，離心力和球面曲率力起次要作用，科氏力等作用很小。所以太陽(yáng)球面色球?qū)蛹捌湟韵乱詫?duì)流運(yùn)動(dòng)為主。再看一下離開(kāi)太陽(yáng)球面的高空運(yùn)動(dòng)方程特征，例如距太陽(yáng)中心距離增加一個(gè)量級(jí)，約為6.959109m，大致位于上層日冕層5，運(yùn)動(dòng)速度取3.0105m/s。這樣應(yīng)以取代太陽(yáng)半徑r，則上式中各項(xiàng)數(shù)量級(jí)變?yōu)椋?上式量級(jí)分析表明，在太陽(yáng)球面中緯度高空，離心力和引力項(xiàng)數(shù)量級(jí)相等成為最大力項(xiàng)。如果距太陽(yáng)中心距離再增加一個(gè)量級(jí)，離心力將成為最

17、大力項(xiàng)，引力項(xiàng)將與科氏力數(shù)量級(jí)相等成為次要力。就是說(shuō)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度量級(jí)在3.0105m/s左右，萬(wàn)有引力將不具有主導(dǎo)作用，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度增加將容易打破引力與離心力平衡，導(dǎo)致物質(zhì)離太陽(yáng)而去。并且離開(kāi)太陽(yáng)球面越高，離去趨勢(shì)越明顯。如果保留最大數(shù)量級(jí)項(xiàng)，并且忽略u(píng)、v速度分量的差異，即用V2=（2u）2和=GM代進(jìn)方程，獲得零級(jí)簡(jiǎn)化方程為： 或者寫(xiě)為： 這是太陽(yáng)中緯度任意高度均衡運(yùn)動(dòng)速度公式，就是說(shuō)要維持引力與離心力平衡狀態(tài)，速度V與高度的制約關(guān)系。換句話說(shuō)，（17）式的速度V是不同高度的臨界速度，大于這個(gè)速度物質(zhì)將離太陽(yáng)而去，所以高度越大臨界速度越小，越容易離開(kāi)太陽(yáng)系。速度V還是緯度的函數(shù)，由低緯到高

18、緯逐漸變小。保留最大量級(jí)項(xiàng)和次大級(jí)項(xiàng)獲得一級(jí)簡(jiǎn)化方程為： 由此一級(jí)簡(jiǎn)化方程可知，在太陽(yáng)球面中緯度高空太陽(yáng)球面性所引起的曲率力將影響太陽(yáng)大氣運(yùn)動(dòng)形式，在占優(yōu)勢(shì)的緯向運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)經(jīng)向分量。4.3太陽(yáng)北半球極軸附近運(yùn)動(dòng)方程 由于方程組（11）、（12）右邊第2項(xiàng)為科氏力項(xiàng)，其中包含正弦函數(shù)，正弦函數(shù)是緯度的函數(shù)，在極軸附近接近于1，科氏力項(xiàng)趨近于最大；方程右邊第3項(xiàng)為曲率項(xiàng)，包含正切函數(shù)，正切函數(shù)也是緯度的函數(shù)，在極軸附近趨近于無(wú)窮大；方程右邊第4項(xiàng)為離心力項(xiàng)，分母包含余弦函數(shù)，余弦函數(shù)在極軸附近趨近于0，則離心力項(xiàng)也趨近于窮大。極軸處=90o，是離心力項(xiàng)數(shù)學(xué)上的奇點(diǎn)，無(wú)實(shí)際意義。為了避開(kāi)奇點(diǎn)，這里選

19、擇85o緯度代表極區(qū)進(jìn)行分析，此時(shí)；。4.3.1極區(qū)球面運(yùn)動(dòng)方程 球面附近，高度取1.59106m,，就是說(shuō)考察色球?qū)犹?yáng)大氣運(yùn)動(dòng)情況。運(yùn)動(dòng)速度尺度取2.0104m/s，太陽(yáng)半徑r約為6.959108m,太陽(yáng)質(zhì)量M約1.9551030kg, 開(kāi)普勒常數(shù)=GM=1.3281020，科氏力參數(shù)約4.410-6 s-1。如上所述，這樣各項(xiàng)量級(jí)為： 其中引力項(xiàng)比曲率力和離心力項(xiàng)大2個(gè)量級(jí)、比科氏力大4個(gè)量級(jí)成為最大力項(xiàng)，引力居于主導(dǎo)地位。就是說(shuō)色球?qū)蛹捌湟韵绿?yáng)大氣以對(duì)流運(yùn)動(dòng)為主。4.3.2高空高速運(yùn)動(dòng)方程 下面分析一下離開(kāi)太陽(yáng)球面的高空，例如距太陽(yáng)中心約為6.959109m高空，大致位于上層日冕層，

20、太陽(yáng)大氣運(yùn)動(dòng)方程特征。運(yùn)動(dòng)速度尺度取3.0105m/s。則（18）式中各項(xiàng)數(shù)量級(jí)變?yōu)椋?（19）式量級(jí)分析表明，在太陽(yáng)極區(qū)附近上層日冕層高空，曲率力和離心力均比引力項(xiàng)大兩個(gè)量級(jí)成為最大力項(xiàng)，引力退居第2位。就是說(shuō)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度在3.0105m/s左右，或者大于這個(gè)速度，太陽(yáng)物質(zhì)將離太陽(yáng)而去。當(dāng)距太陽(yáng)中心距離再增加2個(gè)量級(jí)，約為6.9591011m，運(yùn)動(dòng)速度仍取3.0105m/s。這樣，引力項(xiàng)數(shù)量級(jí)變?yōu)?0-4，曲率力和離心力項(xiàng)數(shù)量級(jí)變?yōu)?0-1，科氏力項(xiàng)也是10-1。曲率力和離心力項(xiàng)數(shù)量級(jí)比引力項(xiàng)大三，引力項(xiàng)完全變成了小項(xiàng)?？剖狭?xiàng)與曲率力項(xiàng)和離心力項(xiàng)數(shù)量級(jí)相等，成為最大力項(xiàng)。就是說(shuō)，在太陽(yáng)極區(qū)

21、附近高空，當(dāng)距太陽(yáng)中心距離達(dá)到或者超過(guò)6.9591011m時(shí)，太陽(yáng)的引力極小，已經(jīng)不能對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式產(chǎn)生明顯影響, 即使不考慮熱力作用，仍將導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物質(zhì)離太陽(yáng)而去；科氏力作用上升，與曲率力和離心力一起控制運(yùn)動(dòng)形式，即在太陽(yáng)北半球高空，向外輻出的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向右偏轉(zhuǎn)，形成順時(shí)針流線；在太陽(yáng)南半球，運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向左偏轉(zhuǎn)。另外，由于正切函數(shù)和余弦函數(shù)都是奇函數(shù)，在太陽(yáng)南半球極區(qū)附近曲率力和離心力均與太陽(yáng)北半球極區(qū)符號(hào)相反，與引力項(xiàng)同號(hào)，將導(dǎo)致物質(zhì)匯合運(yùn)動(dòng)。5討論與小結(jié) 太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)方程的向量形式，說(shuō)明太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要由萬(wàn)有引力、科里奧利力和離心力決定。雖然如此，太陽(yáng)系作為旋渦星系后期階段，星

22、系主要質(zhì)量均已集中于旋轉(zhuǎn)的中心球體之上。作為旋渦星系主要特征之一的承載質(zhì)量輸運(yùn)主要作用的旋臂基本消失，碩果僅存的在太陽(yáng)赤道面附近繞太陽(yáng)作準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)的大小天體，其實(shí)已經(jīng)不具有向中心球體的質(zhì)量輸運(yùn)作用。所以，太陽(yáng)系物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特征便主要由中心球體太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)和球面性所決定。為此，本文分別分析了太陽(yáng)赤道面附近、中緯度和極區(qū)附近，以及太陽(yáng)球面和離開(kāi)球面的高空物質(zhì)運(yùn)動(dòng)特征，幾點(diǎn)結(jié)論如下：A太陽(yáng)赤道面附近高空，宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要由萬(wàn)有引力與離心力決定，二者處于平衡狀態(tài)，物質(zhì)作準(zhǔn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行速度可以以很大精度表示為： 上式表明，地球或者其他行星在公轉(zhuǎn)軌道上的運(yùn)行速度，唯一地由其公轉(zhuǎn)軌道半徑?jīng)Q定。如果把定義為公

23、轉(zhuǎn)軌道半長(zhǎng)軸，則上式就是開(kāi)普勒天體運(yùn)動(dòng)第三定律的另一種形式。B在太陽(yáng)中緯度色球?qū)蛹捌湟韵绿?yáng)低空大氣運(yùn)動(dòng)中，太陽(yáng)引力起主導(dǎo)作用，離心力和球面曲率力起次要作用，科氏力等作用很小。在太陽(yáng)球面中緯度高空，隨高度增加，離心力和引力項(xiàng)作用對(duì)比逐漸發(fā)生變化，離心力逐漸成為最大力項(xiàng)，引力項(xiàng)逐漸成為次要力。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度增加將容易打破引力與離心力平衡，導(dǎo)致物質(zhì)離太陽(yáng)而去。并且離開(kāi)太陽(yáng)球面越高，運(yùn)動(dòng)速度越大，離去趨勢(shì)越明顯。C在太陽(yáng)極區(qū)附近，只有在球面低空運(yùn)動(dòng)速度很小時(shí)引力仍為主要力；除此之外，在太陽(yáng)極區(qū)附近，離心力和球面曲率力都是起主導(dǎo)作用的力，即使不考慮熱力作用，仍將導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物質(zhì)離太陽(yáng)而去。高度越高速度越大，

24、這個(gè)特點(diǎn)越明顯。另外，在太陽(yáng)極區(qū)附近高空，當(dāng)距太陽(yáng)中心距離達(dá)到或者超過(guò)6.9591011m時(shí)，科氏力作用上升，與曲率力和離心力一起控制運(yùn)動(dòng)形式，即在太陽(yáng)北半球，向外輻出的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向右偏轉(zhuǎn)，形成順時(shí)針流線；在太陽(yáng)南半球，運(yùn)動(dòng)物質(zhì)將不斷向左偏轉(zhuǎn)。D太陽(yáng)赤道面附近球面曲率力和科氏力趨近于零，（除了熱力和電磁力）只有離心力與萬(wàn)有引力抗衡，所以太陽(yáng)低緯度緯向運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)；隨緯度增加，球面曲率力和科氏力作用不斷增大，特別在中高緯度球面曲率力和科氏力所導(dǎo)致大尺度太陽(yáng)大氣經(jīng)向速度分量減小了緯向運(yùn)動(dòng)速度，形成太陽(yáng)大氣沿經(jīng)向的較差運(yùn)動(dòng)。E在太陽(yáng)色球?qū)蛹捌湟韵绿?yáng)低空大氣運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)有引力是最大力項(xiàng)，其它各動(dòng)力項(xiàng)均

25、為小項(xiàng)。此時(shí)須考慮熱力作用甚至磁場(chǎng)作用力與引力抗衡，方程組中須引進(jìn)熱流量方程和狀態(tài)方程，問(wèn)題將變得復(fù)雜6-10。所以進(jìn)一步涉及熱力學(xué)和磁場(chǎng)作用的討論，非本文所能涵蓋，也非作者力所能及，需要專(zhuān)門(mén)研究專(zhuān)文討論。參考文獻(xiàn)1 Qu weizheng .Coriolis Force in Celestial Moving and an Investigation on the Red Shift of the Spectrum Line of Universe Galaxy, The Proceedings Of China Association For Science And Technology, 2005, vol.2(1)，81-94.2 Larson R B In： Morrlson H， Sarajedini A eds hrmation of the Galactic Halo. Inside and Out San Francisco：AS