月球围着地球围着太阳围着银河系转，那银河系是否在围着什么转呢？

gui57

如果整个可见宇宙也在围着什么转，我们有什么方法能观测到？ 如果整个宇宙只有太阳和地球，我们能判断出地球是否在围着太阳转吗？
作者：一点资讯

fanfan_880331

这个问题算是“从小就很困惑”系列之一了吧。。。


（以下默认参考系是质心系）
其实地球绕着太阳转，和太阳绕着银河系中心转，这两者是有点儿不同的。
要知道，两个物体在引力作用下实际上发生的都是相互绕转，也就是围绕两者的质心共同旋转。
对于太阳系中的各个行星而言，大家和太阳的质量都相差太多了，太阳集中了整个太阳系99.8%的质量，以至于太阳和各行星的共同质心甚至在太阳内部，太阳对其的绕转可以忽略不计，这时候我们说“地球绕着太阳转”。地月之间也是同理。
但是银河系中各恒星（和星际介质）绕着银河系中心旋转的情况并不相同，因为银河系中心并没有一个占据了整个星系绝大部分质量的天体（银河系中心黑洞质量大约是 倍太阳质量，而整个银河系质量是 倍太阳质量左右）。因此整个银河系的绝大部分恒星和气体，都是在围绕它们的共同质心旋转，这个质心刚好在银河系中心，所以我们说“太阳绕着银河系中心转”。


那么可以回答题主的问题了：银河系是否也在绕着什么转？
比银河系尺度更大一级的引力系统是本星系群。本星系群的质量主要集中在我们的银河系，和另一个更大一些的旋涡星系M31（仙女座大星云，天气好的时候是肉眼可见的）。所以在本星系群的尺度上，我们可以说银河系绕着和M31的共同质心旋转。
（M31仙女座大星云，视面积超过满月。图源：Wikipedia）
不过这个绕转不是稳定的，而是双方在互相靠近……大约40亿年后两个星系会迎头撞上（van den Maerl 2012），在此之前可能只绕着共同质心转了一两圈（见下图）。所以我觉得非要说成“XX绕着XX转”不是很合适，因为感觉这么说就暗含了这个旋转运动是稳定的意思。。
本星系群主要星系的运动轨迹预测（MW指银河系，M33是一较小的盘状星系）。图源：van den Maerl 2012.
再往尺度更大的方向，还有星系团、大尺度结构形成的更大的引力中心等等……不过感觉这些的意义都不大了，因为要么不稳定，要么从宇宙诞生到现在都没转到一圈儿，强行说是在转没多大意义。


对于后两个问题：
如果整个可见宇宙也在围着什么转，我们有什么方法能观测到？
如果不玩弄参考系的定义的话，仔细想了想感觉是没有办法知道的，不过也可能是答主没有想到。


如果整个宇宙只有太阳和地球，我们能判断出地球是否在围着太阳转吗？
是否在相互绕转还是能够判断的。这等于是一个两体问题，两个物体在引力作用下的运动轨迹一定是沿着圆锥曲线的。所以要么在绕转、要么两者短暂相遇后越离越远、要么直接迎头撞上。如果是稳定的运动的话一定就是在相互绕转了，然后和之前讨论的同理，因为太阳的质量远远大于地球，所以在质心系看来基本上可以说是地球在绕着太阳转。
(不过这样的一个宇宙里的人们能不能顺利发展出引力理论就不知道了……毕竟我们的万有引力是在开普勒观察了众多行星之后才被牛顿总结出来的。)




下面分享两个有意思的得知我们自己太阳系的运动的方法吧，可能和题目关系不大，不过觉得是很有趣的思路，反正答主在刚学到的时候都是惊叹“woc还有这种操作”……


第一个是测量太阳相对于膨胀的宇宙本身的速度。
在上世纪60年代，Penzias和Wilson发现了宇宙微波背景辐射。随后NASA在1989发射了COBE卫星，精确测量宇宙微波背景辐射。接着大家知道了宇宙微波背景辐射对应的黑体温度是2.73K，对于全天空的各个方向基本是均匀的。
COBE获得的宇宙微波背景辐射。图源：https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_fluct.html
但是这并不是绝对的均匀，天文学家们发现扣掉这个平均值之后，全天范围还有3mK左右的涨落。
COBE获得的宇宙微波背景辐射的偶极不对称。图源同上。
大家发现……这就是我们太阳系相对于宇宙微波背景辐射在运动导致的多普勒效应啊！于是很容易就算出了对应的相对速度：约620km/s。在宇宙学中常常以膨胀的宇宙本身作为参考系，称为“共动坐标系”，或“哈勃流”（Hubble flow），这就是我们的太阳系相对于哈勃流的运动速度。运动方向就是朝着图中最蓝的那边。


第二个是测量太阳在垂直于银河系盘方向上的运动速度。
我们知道整个银河系大概是扁的，也就是一个盘状星系。但是凑近了看也是有厚度的，有厚度就说明恒星有可能会在某个厚度范围内有上下运动，也就是有垂直于盘面方向的运动。于是有一帮天文学家就试图测出我们附近的其它恒星在垂直盘面方向上的速度都是怎么样的。因为我们在太阳系，所以能直接测得的量就是其它恒星相对于太阳系的运动速度，然后再把这个速度投影到垂直盘面方向上。于是在测量了太阳附近的大量恒星后得到了这样的数据：
图源：B. Nordstrom et al. 2004 A&A 418, 98
纵坐标是它们相对太阳在垂直银河系盘面方向上的速度（这句话好长啊…）。横坐标是恒星年龄，这个对于我们要说的不重要就不展开了。重点是——注意看！它们相对于太阳运动的平均值不是0，而是稍小于0！难道是整个银河系的盘在往竖向运动吗！那这样我们银河系的盘就是不稳定的了！——不，实际上这个偏离平均值正是因为我们太阳系在这个方向上有速度。于是我们得出了太阳系在垂直银河系盘面方向上的速度分量：约7km/s。
感觉这个操作很妙，用统计周围恒星的办法得出了我们自己的性质_(:3」∠)_


很少答题不知道怎么结尾……嗯就这样吧
评论区总有人说那个偶极不对称的图是太极我也是跪了。。。。我觉得有必要在答案里解释一下。
COBE获得的宇宙微波背景辐射的偶极不对称。图源：https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_fluct.html
这个图的画法和世界地图的画法很类似。就是把一个球面强行画在平面上，所以它变了个样子！就像世界地图更准确的画法是放在地球仪上那样，这个图要想象成一个球体，唯一和世界地图不同的就是这回你在球体内部往外看，然后有半个球是红的半个是蓝的，中间一圈大圆是绿的。投影出来变成这个样子完全是因为我们按照习惯选取了银道坐标系(也就是这么画的话，这个图横着的中线刚好是银河系盘面)。如果换一个坐标系它也完全可以长这样！
图源：我自己用Mathematica瞎画的示意图。
再有人说太极还不表明友军身份的话！
我好像也不能怎么样…

杰尼亚斯痔

问题一，见百度。

问题二，我想你知道目前人所能观测宇宙的范围，还未达到全览宇宙甚至跳脱其外的程度。
问题三，坐标系的选取的问题，初中物理。

FENGER106

银河系所在的本星系群，包含大约50个星系，直径约1000万光年，没有公转中心；
本星系群属于室女座超星系团，包含大约50个星系团或星系群（2500个星系），直径约1-2亿光年，所有星系围绕超星系团的中心公转，公转周期约1000亿年（1000亿年这个数据来源百度，我觉得属于瞎猜，宇宙大爆炸才137亿年，说什么1000亿年的，不是扯么，一圈没公转完，宇宙还不知道演变成啥样）。
室女座超星系团也称本超星系团，还属于一个更大的结构：拉尼亚凯亚超星系团，直径5.2亿光年。
拉尼亚凯亚超星系团正对着夏普力超星系团移动，因此这两个超星系团可能是更复杂结构的一部分（直径可能超过10亿光年？）
基本上，超过拉尼亚凯亚这个层级的星系结构，目前的观测水平就很为难了。可见宇宙直径940亿光年，是不是在围着什么转，至少几百年内可能都没人能知道。瞎猜不算。


如果整个宇宙只有太阳和地球，判断不了谁围着谁转，因为它俩是相对运动的。

connie10591

sorry, 我没有天文/天体物理背景.....
这个真不知道......
只能猜测，银河围绕什么转，大概得看光谱频移了