直到 19 世紀中葉,牛頓的經典萬有重力定律完美地解釋了所有行星的運動。 根據天體力學的計算,海王星於 1846 年被發現。 它的位置與計算結果完全吻合。 但最大的謎團是水星。
1859 年,水星軌域的異常移動被發現。 或者說是它的近日點 和天文學家的計算結果與水星的表面位置存在差異。 原來,水星拉長軌域的旋轉角速度約為每 100 地球年 500″(角秒)。 也就是說,水星在其位移處的近日點旋轉一圈需要 26 萬年。
起初,天文學家們試圖反覆核對太陽系行星對水星運動的影響。 但是,所有情況下的差異都是每世紀約 43″。 這已經超出了計算和觀測的誤差範圍。
當時的科學界開始提出各種解釋,並出現了一些假說來解釋水星運動的變化。 邏輯學認為,在太陽和水星之間有另一顆行星,它對水星的運動有影響。 由於它靠近太陽,我們看不到它。 它甚至被命名為 "火神"。
據當時估計,這個天體比水星離太陽近三倍,其軌域周期為 19 天 7 小時。 谷神星的直徑約為 2000 公裏。 同時,如果我們假設谷神星的密度接近水星,那麽它的品質只有水星品質的 1/17。 但從計算結果來看,品質如此小的天體顯然不可能導致觀測到的水星近日點偏移。 因此,人們推測與太陽執行軌域接近的谷神星並不是唯一的小行星。 這組天體被稱為谷神星。 於是搜尋工作開始了。
幾十年來,人們一直在尋找谷神星。 無論是在日食期間,還是透過觀察太陽黑子。 一顆撞向太陽的彗星甚至一度被誤認為是火神星。
另一種假設認為水星上存在一顆衛星,但這一假設沒有得到觀測結果的證實。 他們認為,水星近日點的偏移可以用水星軌域記憶體在大量散亂品質的積累來解釋。 但這樣一來,這些品質就會發光,無法在如此接近太陽的軌域上長期存在。 勞侖茲、維因、龐加萊、佐爾納等主要物理學家都曾研究過這個問題。
還有人解釋說,太陽系中行星的品質被低估了。 但天體力學卻能很好地計算出其他行星的運動,並計算出它們的品質。 唯一不符合的是水星的運動。
提出的解釋是,太陽兩極變平,這種變形對水星運動的影響比理想球的形狀更大。 對太陽的觀測並未證實這一點。
數學家假設,在太陽附近,空間具有非歐幾裏得幾何形狀,存在扭曲和異常。 但這一切都還停留在假設層面。 沒有數學計算。
到 19 世紀末,太陽系內部的其他行星也被發現有近日點偏移。 這些數位只是誤差,但也可以證實這裏出了問題,牛頓定律被違反了。
人們試圖調整經典萬有重力定律,以適應可見的異常現象。 他們甚至建議在萬有重力定律中不僅引入天體品質的依賴性,而且引入天體速度的依賴性。 水星的執行速度太快了。 行星軌域的平均速度是每秒 48 千米(遠日點時每秒 38.7 千米,近日點時每秒 56.6 千米)。
物理學家和數學家華特-裏茨曾提出過一種 "彈道理論"。 在這個模型中,重力交互作用是由假想的粒子進行的,正如該理論的作者所認為的那樣,這些粒子也構成了所有的電磁現象。 這幾乎就像現代宇宙學中的暗物質。 但這一模型並未得到發展。
愛因史坦的廣義相對論(GTR)問世後,水星問題迎刃而解。 愛因史坦在計算中將純量重力勢轉換為張量勢。 這使得描述非歐幾裏得時空幾何成為可能。 簡而言之,結論如下:在大品質天體附近,時空幾何不同於歐幾裏得,這導致行星運動偏離經典軌跡。
愛因史坦的計算結果與觀測到的水星近日點偏移幾乎完全吻合--每世紀 43″。 但也有人對 OTO 提出了批評。 一些科學家認為愛因史坦的計算只是巧合,與觀測結果不符。
內太陽系的其他行星也有近日點偏差。 金星每百年偏離 8.6″,地球偏離 3.8″,火星偏離 1.35″。 這一理論後來在對快速旋轉的雙星和脈沖星的觀測中得到了驗證,雙星和脈沖星的軌域偏移非常大,每年高達 17 度。
如今,水星近日點偏移的理論依據仍然是對GR的主要證實。 或者簡單地說:太陽附近的空間是彎曲的,以至於我們的發光體附近的時間也會以不同的方式流動,從而使行星發生偏移。