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水星近日點進動科普

2024-08-27科學

水星近日點進動是指水星繞太陽執行的橢圓軌域的近日點位置會隨著時間推移而發生緩慢變化。其進動的原因主要有以下三個方面:

歲差:歲差是地球自轉軸方向的變化,導致天極圍繞黃極運動,也使北極星所屬者不斷變化,還會引起春分點的西移,進而使回歸年相對於恒星年產生變化。這種運動周期約為26000年,每年進動大約20分鐘或0.014°,每世紀約5025角秒。不過歲差只是因選取地球作為參照系而使水星近日點位置發生了變化,並非水星近日點自身移動。

重力攝動:太陽系中除太陽外的其他天體都會用重力使水星軌域發生變化(太陽自轉也可能影響水星軌域),這是在牛頓萬有重力定律計算下的水星進動值,約為每世紀532角秒。其中金星、木星、地球三顆行星貢獻了超過每世紀500角秒的進動值。比如,透過模擬水星近日點因不同行星重力攝動而變化,能看出各行星對水星進動的影響,但模擬存在精度問題且未考慮水星與其他天體軌域面傾角等因素。

廣義相對論:19世紀,勒維耶發現水星的近日點有額外的每世紀約38角秒進動值(略低於現代數值),他曾猜想可能是一顆水星軌域內尚未被發現的行星(火神星)造成的,也有人猜測是牛頓的理論出錯了。後來愛因斯坦提出廣義相對論修正了萬有重力理論,水星的近日點進動是其三大驗證之一(另外兩個是重力紅移與光線在重力場中的彎曲)。根據廣義相對論,行星公轉一圈後近日點進動值可透過相應公式計算得出,代入水星的數據後得出約每百年43角秒的進動值,這與觀測值十分接近。