行星進(jìn)動(dòng)問(wèn)題.doc

1、行星進(jìn)動(dòng)問(wèn)題行星進(jìn)動(dòng)問(wèn)題19_年愛(ài)因斯坦在用廣義相對(duì)論解釋水星近日點(diǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算了水星近日點(diǎn)的剩余進(jìn)動(dòng).（注1: 郭亦玲，沈慧君：物理學(xué)史，北京，清華大學(xué)出版社，1993.229-231）.這等于說(shuō),勒維利埃的38角秒是計(jì)算錯(cuò)了,紐康經(jīng)過(guò)重新計(jì)算的每百年快43角秒是正確的.這就使得廣義相對(duì)論成了科學(xué)明珠.其實(shí)勒維利埃的38角秒也是正確的,因?yàn)?法國(guó)天文學(xué)家勒威耶的計(jì)算值是38.3/百年,他是根據(jù)發(fā)生在16771848的171年間的15次水星凌日計(jì)算的,其間還參考了近400次巴黎天文臺(tái)的水星中天時(shí)刻.美國(guó)天文學(xué)家紐康的計(jì)算值是43.37/百年,他是根據(jù)發(fā)生在18611894的33年間的6次水星凌日計(jì)

2、算的.如何對(duì)待這兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)呢? 不同的觀念的對(duì)待方法不同：靜態(tài)觀念認(rèn)為兩者只能有一個(gè)是正確的,由于紐康值符合廣義相對(duì)論的計(jì)算值,于是都認(rèn)為43/百年是正確的,而勒威耶的計(jì)算有誤.其實(shí)勒威耶的計(jì)算是可靠的,他依據(jù)15次水星凌日和近400次水星中天的觀測(cè)資料,這些天文事實(shí),是可靠的,他的計(jì)算也不會(huì)出錯(cuò),因?yàn)楹Ｍ跣蔷褪撬?quot;計(jì)算"出來(lái)的.那么,紐康值錯(cuò)了嗎? 他僅6次水星凌日來(lái)計(jì)算,可靠嗎? 可靠! 這兩個(gè)不同的數(shù)字并不矛盾? 它說(shuō)明在16771848的171年間水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)是38角秒/百年, 在18611894的33年間是43.37/百年.這說(shuō)水星軌道是在不斷演化的過(guò)程中.

3、如恩克彗星的軌道也是在不斷演化的過(guò)程中: 發(fā)現(xiàn)于178_年的恩克彗星,柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)恩克, 用了畢生精力,不厭其繁地消除了攝動(dòng)影響,計(jì)算了它的軌道能量變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該彗星的公轉(zhuǎn)周期在不斷縮短, 軌道能量在不斷減小: 每公轉(zhuǎn)一周,周期要縮短3小時(shí).恩克死后,后人繼續(xù)他的研究, 發(fā)現(xiàn)周期縮短值并非固定不變的, 而是在不斷減小: 由3小時(shí)變?yōu)?小時(shí)、再變?yōu)?小時(shí).(科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)6 天文學(xué)北京科學(xué)出版社 1981 77).在不同的年代恩克彗星的軌道處在不同的狀態(tài).地球軌道也是在不斷演化的過(guò)程中: 在火星上有3個(gè)和飛機(jī)上所使用的非常相似的無(wú)線電應(yīng)答器.這些應(yīng)答器分別裝載在"海盜"

4、1號(hào)著陸器、"海盜"2號(hào)著陸器以及"火星探路者"探測(cè)器上.由此美國(guó)宇航局深空探測(cè)網(wǎng)可以測(cè)量著陸器和地球之間的距離.在分析p 了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)之后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)天文單位正在以每世紀(jì)7米的速度增長(zhǎng).這說(shuō)明在不同的年代地球的軌道處在不同的狀態(tài).廣義相對(duì)論是對(duì)稱理論,它認(rèn)為天體軌道是固定不變的,每百年43角秒就只能是每百年43角秒,就不能是每百年38角秒.天王星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的實(shí)測(cè)值卻比廣義相對(duì)論的計(jì)算值大1565倍, 近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)就是橢圓長(zhǎng)軸繞焦點(diǎn)(太陽(yáng))轉(zhuǎn)動(dòng),于是橢圓上的每一個(gè)點(diǎn)都在進(jìn)動(dòng),自1781到1845的64年間,天王星的位置偏離了理論位置120角秒/64年

5、,（文獻(xiàn)都記載的是天王星偏離理論位置2角分），有人認(rèn)為這一定是一個(gè)未知行星的攝動(dòng)力使得天王星的運(yùn)行產(chǎn)生了進(jìn)動(dòng).于是勒威耶就以這120角秒為依據(jù)來(lái)計(jì)算未知行星的位置和質(zhì)量等等.184_年，果然在勒威耶計(jì)算的位置偏離52角分的地方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的行星，這就是太陽(yáng)系的第八大行星即海王星.但是它的質(zhì)量只有勒威耶計(jì)算值的一半多一點(diǎn)(即實(shí)際質(zhì)量只有0.62計(jì)算質(zhì)量).天文學(xué)家們按海王星的實(shí)際質(zhì)量和位置代入攝動(dòng)方程，求出海王星對(duì)天王星的攝動(dòng)力只能使天王星在1781到1845的64年間獲得118角秒的進(jìn)動(dòng)，還有2角秒的進(jìn)動(dòng)找不到力學(xué)原因4，可稱之為反常進(jìn)動(dòng)(或簡(jiǎn)稱為進(jìn)動(dòng))：2角秒/64(年)0.0313角秒/年

6、3.13角秒/百年.按廣義相對(duì)論的進(jìn)動(dòng)公式 = 2432/c 2T 2(1-e 2) (1),其中a 是軌道長(zhǎng)半軸，T 是公轉(zhuǎn)周期，e 是軌道偏心率, 是天體每轉(zhuǎn)一周的進(jìn)動(dòng)的弧度值，還應(yīng)化為角秒.這樣可以計(jì)算出: 天王星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)值是: 0.002/百年.天王星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的實(shí)測(cè)值3.13角秒/百年比廣義相對(duì)論的計(jì)算值0.002/百年大1565倍.在愛(ài)因斯坦考慮太陽(yáng)引力場(chǎng)時(shí)，曾把太陽(yáng)的引力場(chǎng)看成一個(gè)球?qū)ΨQ的引力場(chǎng)，但這只是一個(gè)近似，由于太陽(yáng) 25天自轉(zhuǎn)一周，使其引力場(chǎng)并非完全成球?qū)ΨQ分布，這種影響的結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)扁球場(chǎng)所產(chǎn)生的引力場(chǎng)，我們把這種效應(yīng)稱為自轉(zhuǎn)引起的日扁率.1966 年，美國(guó)的迪克和

7、格爾頓伯格觀測(cè)的日扁率是 5.0 ± 0.7 ×10，根據(jù)這個(gè)結(jié)果預(yù)計(jì)，在水星 43的進(jìn)動(dòng)效應(yīng)中，將有8即 3的貢獻(xiàn)來(lái)自于日扁率效率，這也就是說(shuō)，若將日扁率的實(shí)際觀測(cè)計(jì)算在內(nèi)，由廣義相對(duì)論所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果就會(huì)和實(shí)際觀測(cè)結(jié)果有 3弧秒的偏離，如再考慮介質(zhì)阻尼，歲差常數(shù)誤差等的影響，其誤差可能達(dá)到 5 角秒 /百年左右.水星進(jìn)動(dòng)是受弱相互作用的結(jié)果.在太陽(yáng)系內(nèi)，類地行星繞日運(yùn)動(dòng)的軌道半徑變化均很小，軌道具有近圓性，加速度變化幅度較小，軌道上引力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)基本不變化.加之類地行星體積較小，密度較大，所以，多數(shù)類地行星受弱相互作用的影響極弱，基本可以忽略不計(jì).事實(shí)上，現(xiàn)有的天體力學(xué)結(jié)論正是在o = 0，K = 1，F(xiàn) = 0的基礎(chǔ)上推得的.但是，類地行星中，水星的運(yùn)動(dòng)軌道最扁，離心率e 最大，距日最近，又處在太陽(yáng)的稀薄大氣層內(nèi)運(yùn)動(dòng)，引力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，最容易受到-5弱相互作用的明顯影響，尤其在近日點(diǎn)附近運(yùn)動(dòng)時(shí)更是如此.由于太陽(yáng)引力場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)