比水星离太阳还近的行星火神星

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太阳系差点有了一颗新的行星?

1859年,来自法国的天文学家勒威耶首次提出了一颗假想行星——火神星,他认为这颗行星处在太阳和水星之中,那么这颗火神星究竟什么来头,火神星又是真实存在的吗?

离太阳最近的“行星”,火神星是否真实存在?广义相对论带你揭秘

水星近日点的反常运动

一切的开端,我们要从水星讲起,大家都知道,每颗行星都有自己围绕太阳的运行轨道,那么这个轨道可以看做是一个近似正圆的椭圆形状,不过这里我们要知道,太阳并不一定就在行星轨道的正中心,很多时候,它会偏离中心一些距离。

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这么一来,就会有一个点离太阳最近,也就是近日点。

不过近日点也不是总是老老实实待在那里的,它也会动,每隔一段时间,它就会移动一个角度,这也就是“进动”的现象。

在天文学中,进动现象通常被用来研究一些复杂的天体运动现象,如在星系之间的互动、恒星的运动轨道,以及黑洞和恒星的相互作用。

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地球绕太阳运行的近日点也会有进动现象发生,根据数据资料,在大约公元一千二百年前,地球在大概冬至的时间段内到达近日点,但是现在近日点则出现在了一月份初。

进动比较常见,其他的行星的运动都能被牛顿引力定律完美解释,不过水星比较特殊的一点是,它实际上的进动值跟牛顿定律推测的并不同。

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事实上,天文学家勒威耶的观测数据比根据牛顿定律算出来的5557.62"("是角秒)这个理论值,还多出来了38角秒。

这么一来大家都很费解,到底是牛顿定律出错了,还是水星就是这么为所欲为无视物理定律呢?

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火神星的由来

火神星是由勒威耶提出来的,勒威耶正是发现海王星的天文学家之一,海王星的发现为之后水星近日点反常运动提供了灵感。

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1821年,天文家布瓦尔发现了天王星的轨道很奇怪,他以刚发现天王星时的观测结果为据,计算得出了天王星轨道位置,诡异的是这个结果发现天王星之前的观测记录不同,不仅如此,他的理论结果也与天王星被发现之后的观测结果不同。

这让布瓦尔不得不猜测肯定是有个什么大的天体在影响天王星。

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于是在1846年,勒威耶通过自己一腔热血进行演算,最终,他耗费心神呕心沥血的研究,以一己之力计算出了这颗行星的大小和大概的位置,功夫不负有心人,来自柏林天文台的伽勒成功的观测到了这颗行星,在这以后,新的行星被发现的消息也被广泛讨论,这颗行星也就是我们现在所熟知的海王星。

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水星的进动异常在1843年被初次发现端倪,当时勒威耶发布了一篇关于水星绕太阳转动轨道的研究理论,这篇理论是根据牛顿引力定律进行研究的,在同年,勒维耶观测了水星围绕太阳转动的轨迹,他发现观测的结果与理论上的并不相同,近日点转了一圈向前移动的角度比牛顿定律推测的多了38角秒。

1859年,勒威耶又进行了更为严谨的实验,但同样结果与牛顿定律产生差异。

于是勒威耶根据之前发现天王星的经验并开始大胆假设,难道是水星和太阳之间,还存在一颗未知的行星在影响着水星吗?

他提出了这个猜测,并且将这颗未知的行星命名为“火神星”。

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火神星真实存在吗?

在此期间,不少人都在验证火神星到底是否存在。

同年十二月,一名叫做勒卡尔博的业余天文家给勒维威耶写信,说自己看到了太阳被火神星挡住(“凌日”)的现象,于是勒维耶连忙去往勒卡尔博搭建的天文台,勒卡尔博详细的介绍了自己如何注意到这个小小的黑点点,并如何进行了观测,后来又有不少人声称他们发现了火神星的凌日现象,于是,勒威耶开始对下一次火神星的凌日时间进行了预测,但是理想的场景并没有出现。

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在长达半个世纪的搜寻和探索中,科学家们也没能发现这个“火神”。

1882年,天文学家纽康重新测定了水星近日点进动的角度,近日点的移动为每一百年进动5601"左右,这样一算,实际观测比牛顿定律的结果要高出来43角秒。

有的科学家试着去更改牛顿引力公式的平方反比,但却无一不失败。

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接下来的时间里,随着电磁理论诞生发展,韦伯等人也尝试着用电磁场理论解释这一现象,但是结果却都不能如意。

直到1916年爱因斯坦运用了广义相对论解决了这个长达六十年的难题,他得出的结果与实际观测结果基本无误。

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和牛顿引力定律认为物体因引力作用运动不同,广义相对论认为宇宙就如同一张黑色鹅绒幕布一般布满凹凸不平的褶皱,而物质则会在空间中进行最短路径的自由运动。

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爱因斯坦曾用一个生动形象的例子表明广义相对论对于自由落体运动的解释:自由落体的小球就仿佛是剧场里缓缓落下的舞台,舞台的下降在时空中来说是变化着的。

也就是说,广义相对论把力学给几何化了。

接着回归到水星的轨道未解之谜,由于水星离着太阳太近,它的引力场过大,导致适用于低速、弱引力场和宏观的牛顿定律失效。

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根据相对论理论,水星的近日点进动问题可以得到合理的解释,并不需要额外假设一颗未知行星,这是因为,引力场中的时空膨胀和时空弯曲等,这些效应导致了行星轨道上的微小变化。

水星轨道的近日点之所以会逐渐移动,是基于了相对论效应,与牛顿的理论不同,相对论认为每当水星靠近太阳时,它会受到相对论效应弯曲时空的影响,因此水星轨道会绕着太阳转动一个微小的角度,导致轨道的轴也会发生变化。虽然这个角度很小,但它会持续积累,导致水星达到预期周期(即87.97地球日)时,其轨道的近日点进动比开普勒的预测快了43角秒。

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水星近日点异常事件成为了广义相对论的第一个有力证据,它也同样表明了,不同的条件下应使用不同的理论去进行研究,比如牛顿力学适用的范围是低速且宏观的,在引力场相对弱的情况下,牛顿定律依然适用,不过,要是在这种强引力场或者微观粒子的情况下,牛顿定律就会失效,广义相对论将对这部分的理论进行弥补。

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如今,我们仍然没有能找到“火神星”,尽管我们仍然未能完全理解宇宙演化的所有细节,但是广义相对论为我们提供了一个清晰的基本框架,使我们能够了解整个宇宙是如何运作的。广义相对论揭示了宇宙无限可能的生动景象和演化历史,并且对于世界宇宙学中存在的一些不可思议问题也给出了清晰而详细的解答。

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太阳系中还可能存在未知的行星吗

随着科技的不断发展和技术的日益完善,人类对太阳系的探索和了解也越来越深入。然而,太阳系中是否还有未被观测到的行星,这个问题一直扰动着人们的心中。实际上,科学家们对太阳系中未被观测到的行星持不同的看法。

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那么既然火神星的存在基本上是被否决的。但是科学家有没有提出过太阳系可能存在的新行星成员呢?

太阳系中未知行星存在的可能性其实并不小。首先,我们当前探测技术的局限性使科学家们很难对太阳系进行全面的观测和探测。尤其是对于海王星轨道以外更远的区域,那里能够反射的太阳光很少,所以我们目前的观测技术还很难发现其中可能存在的行星。

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在2012年,有一位来自巴西的天文学教授发现在柯伊伯带有六到七颗天体的运行轨迹与现有的太阳模型不同,所以他认为也许有一颗未知的行星在附近,其质量大引力大,足以改变这六颗天体的运行轨迹。

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同时他还做了推演,如果没有这颗行星的干扰,那么位于柯伊伯带这六颗天体将处于一个近乎圆形的公转轨道上面,但以这六颗行星来说,有了行星的干扰后,它们的偏心率和运行轨迹才会与实际观测到的相同。

不过,即使理论上行得通,我们现有的探测手段依然没有办法看到这颗行星的具体位置,所以还是证据不足。

也有的假说认为我们的太阳系中至少还应该存在两颗未知的行星,不过,没有天文望远镜提供足够的证明,这只是一种推测,还需要更多科学实验和无数探测成果作为支撑。

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最后,还是期待人类的科技能够不断突破和创新,去揭开一个又一个谜团,带领我们一起去领略这个古老却又充满未知的宇宙。

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