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有沒有一種可能:太陽的背後隱藏著一顆行星,人類一直沒有發現?

2024-07-05科學

對於我們人類來講,地球無疑是一個極為龐大的存在,然而與太陽相比,地球卻顯得非常渺小,根據已知的探測數據,太陽的平均半徑大約有69.6萬公裏,而地球的平均半徑則只有大約6371公裏,也就是說,太陽的體積大約是地球的130萬倍。

(↑太陽和地球的大致比例)

所以我們不難想象出,在太陽龐大體積的遮擋之下,其背後就會存在一片我們無法觀察到的區域,那麽,有沒有一種可能:太陽的背後隱藏著一顆行星,人類一直沒有發現呢?下面我們就來討論一下這個問題。

正如我們所知,盡管太陽系中的八大行星都在圍繞著太陽公轉,但它們的公轉周期卻各不相同,具體表現為,距離太陽越近的行星,其公轉周期就越短。

為什麽會這樣呢?其實是因為它們都遵循克卜勒第三定律。

簡單來講,克卜勒第三定律是一個普適定律,它適用於宇宙中任何具有中心天體的重力系統,對於太陽系來講,我們可以將其表述為:所有沿著以太陽為焦點的橢圓軌域圍繞太陽執行的行星,其軌域半長軸的立方與公轉周期的平方的比值都是一個常量。

據此我們就可以推匯出,如果太陽的背後真的隱藏著一顆行星,那這顆行星就只能與地球共用一個軌域。這是因為如果不是這樣,那這顆行星的公轉周期就不會與地球相等,這就意味著,它圍繞太陽公轉的角速度與地球不可能同步,在這種情況下,它就不可能一直隱藏在太陽的背後。

也就是說,如果有一顆行星與地球共用一個軌域,其公轉周期與地球相等,它與地球分布在太陽的兩側,始終保持著與太陽、地球三點成一線,那麽對於地球上的人類而言,這顆行星就會一直隱藏在太陽的背後。

有意思的是,太陽和地球有五個重力平衡點,這被稱為「拉格朗日點」,其中「第三拉格朗日點」(L3)就正好位於太陽的背後(如下圖所示)。

那這是否意味著,太陽的背後真的有可能存在著這樣一顆行星呢?答案是否定的。因為「拉格朗日點」只是「限制性三體問題」的五個特解。

簡而言之,「限制性三體問題」討論的是:在三個天體之中,有一個天體的品質相對於其他兩個天體非常小,以至於可以忽略不計。

對於太陽和地球來講,行星的品質顯然是不可能「小到可以忽略不計的」(否則它也就能被稱為行星了),所以即使我們把一顆行星放在太陽和地球的「第三拉格朗日點」上,它也不可能穩定地與地球保持同步執行,要不了多久,它就會在太陽和地球重力的共同作用下離開這個位置。

由此可見,從理論上來講,太陽的背後是不可能長期隱藏著一顆行星的。當然了,人類現有的理論並不是萬能的,那麽,假如真有一顆行星一直隱藏在太陽的背後,人類能不能發現它呢?答案是肯定的。

首先來講,時至今日,人類已經向太空發射了大量的探測器,它們可以在太空中從不同的角度和位置觀測太陽系中的眾多天體,有了它們的幫助,太陽的背後早已不是人類的「盲區」。

退一步講,即使沒有這些探測器,地球上的人類也可以在木星的「幫助」下,發現這顆隱藏在太陽背後的行星。

根據萬有重力定律,重力的作用是相互的,所以行星也會對太陽施加重力,如此一來,在圍繞太陽公轉的過程中,行星的重力就會讓太陽出現一定振幅的「擺動」,從本質上來講,這種現象其實就是太陽和行星都在圍繞著它們的共同質心運動。

行星的品質越大,重力就越強,其造成太陽「擺動」的振幅就越大,而作為太陽系中的「行星之王」,木星的品質大約有太陽品質的千分之一,所以它的重力會使太陽出現明顯的「擺動」,其振幅可以達到太陽半徑的1.07倍左右(如下圖所示)。

正如前文所言,太陽系八大行星的公轉周期各不相同,因此隨著時間的流逝,地球與木星的相對位置也會不斷地變化,而這也就意味著,當地球執行到其當前位置與太陽和木星的連線基本垂直的區域時,地球上的人類就會觀察到,太陽被木星的重力「拉」開了相當於太陽半徑1.07倍的距離,在這樣情況下,人類就可以直接在地球上觀測到這顆隱藏在太陽背後的行星。

討論到這裏,我們就可以給出結論了,那就是:無論是從理論上的推演,還是從實際上的觀測結果來看,太陽的背後都不可能隱藏著一顆人類一直沒有發現的行星。#圖文夏日征集令#