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離太陽最近的「行星」,火神星是否真實存在?廣義相對論帶你揭秘

2024-10-01科學

1859年的時候啊,法國有個天文學家叫勒威耶,他頭一回弄出來個假想的行星,起名叫火神星。他琢磨著這火神星呢,就在太陽和水星中間待著。嘿,您說這火神星到底是啥來歷呀?它到底是不是真有這麽個玩意兒呢?

【水星近日點的反常運動】

咱得從水星開始說起這事兒。您各位都明白吧,每顆行星繞著太陽轉的時候都有自個兒的軌域。這軌域呢,就跟個近似正圓的橢圓差不離兒。可咱得清楚啊,太陽可不一定就在行星軌域的正中間,好多時候啊,它是會偏離中心那麽一段距離的。

這麽著,就會有個點離太陽最近,這個點就叫近日點唄。

不過呢,近日點可不是個老實巴交、一直待在原地不動彈的家夥,它也會動喚呢。隔上那麽一陣子,它就會挪個角度,這就是「進動」這種現象啦。

在天文學裏啊,進動這碼事常常被拿來琢磨那些老復雜的天體咋動的現象,就像星系之間互相搗鼓、恒星沿著啥軌域溜達,還有黑洞跟恒星之間你碰碰我、我碰碰你的情況。

地球繞著太陽轉的時候,近日點還會有進動這碼事呢。資料上顯示啊,差不多在公元1200年之前的時候,地球在冬至前後就到近日點了。可如今呢,這近日點跑一月份初去了。

進動這事兒挺常見的。牛頓重力定律能把別的行星的運動解釋得特別完美。可水星就有點特別了,它實際的進動值和牛頓定律推測出來的壓根兒就不一樣呢。

嘿,您知道嗎?天文學家勒威耶他觀測得到的數據啊,可比照著牛頓定律算出的那個5557.62角秒(這是個理論值呢),還多出了38角秒呢。

這麽一搞,大夥都迷糊了,到底是牛頓定律出岔子了呢,還是水星就這麽任性,壓根不把物理定律當回事兒呢?

【火神星的由來】

火神星啊,是勒威耶提出來的呢。這勒威耶可是發現海王星的天文學家當中的一位。嘿,海王星的發現可不得了,給後來水星近日點那反常運動提供了靈感。

1821年的時候啊,天文學家布瓦爾瞅見天王星的軌域特別怪。他就照著剛發現天王星那會兒觀測到的情況來計算天王星軌域的位置。嘿,您猜怎麽著?算出來的結果跟發現天王星之前的觀測記錄不一樣,這還不算完,和天王星被發現之後的觀測結果那也是不一樣啊,真夠邪門兒的。

這可讓布瓦爾不由地尋思,準是有個挺大的天體在搗鼓天王星呢。

嘿,1846年的時候呢,勒威耶那可是憑著一股子熱血就開始各種演算啊。這一通算下來,那可費了老多心神了,簡直是把自己累得夠嗆,就差沒把心血都嘔出來了。最後呢,他單槍匹馬地算出了一顆行星的大小和大概位置。嘿,皇天不負苦心人吶,柏林天文台的伽勒就這麽順利地觀測到了這顆行星。打這之後啊,發現新行星這事兒就被大家傳得沸沸揚揚的。這顆行星啊,就是咱現在都知道的海王星。

1843年的時候啊,水星進動異常就開始冒頭了。勒威耶呢,整出了一篇關於水星繞著太陽轉的軌域的研究理論,這理論是照著牛頓重力定律研究出來的。也是這一年,勒威耶瞅了瞅水星繞太陽轉的軌跡,結果發現,實際瞅見的和理論上的壓根就不是一碼事。就說近日點轉了一圈往前挪的角度吧,比牛頓定律推測出來的多出了38角秒呢。

1859年的時候啊,勒威耶又做了個更嚴絲合縫的實驗,嘿,結果呢,還是跟牛頓定律對不上茬兒。

嘿,勒威耶就照著之前發現天王星那經驗,開始放膽瞎琢磨了,他尋思啊,在水星和太陽中間,會不會還藏著一顆不曉得的行星,然後這行星正搗鼓著水星呢?

他琢磨出這麽個猜測,還把那顆不曉得啥樣的行星叫做「火神星」。

【火神星真實存在嗎?】

在這當兒,好些人都在琢磨火神星到底存不存在呢。

同年十二月啊,有個叫勒卡爾博的業余天文家,給勒維威耶寫了封信,說瞅見太陽被火神星給擋住了,這就是「淩日」現象唄。勒維威耶一聽,麻溜兒就奔勒卡爾博搭的天文台去了。勒卡爾博那是一通詳細介紹啊,說自己咋註意到那個小黑點的,又咋進行觀測的。後來呢,不少人也嚷嚷著發現火神星淩日了。這麽著,勒威耶就開始估摸下一次火神星淩日的時間,可到頭來,理想的那場景壓根就沒出現。

科學家們找啊找,探索了半個世紀,也沒瞅見這個「火神」的影兒。

1882年的時候啊,天文學家紐康又重新去測了水星近日點進動的角度。這水星近日點的移動呢,每一百年大概進動5601″。這麽一計算呀,得嘞,實際觀測出來的結果比按照牛頓定律算出來的要多出43角秒呢。

有的科學家呀,就想把牛頓重力公式裏那個平方反比給改改,嘿,結果呢?沒一個能成的,全失敗嘍。

打這往後啊,電磁理論慢慢誕生還發展起來了。韋伯他們呢,也想試著用電磁場理論把這現象給解釋解釋,可倒好,沒一個能弄成的,都不咋地。

一直到1916年,愛因斯坦把廣義相對論給用上了,就這麽著把這個拖了六十年的難題給解決嘍。他得出的結果和實際觀測的結果那是差不離兒的。

牛頓重力定律覺得物體是因為重力作用才運動的,廣義相對論可不一樣。廣義相對論尋思著,宇宙就像一張黑色鵝絨幕布,上面全是坑坑窪窪的褶子,物質呢,就在這空間裏沿著最短的路自由活動。

愛因斯坦以前拿一個特別生動的例子,來說明廣義相對論咋解釋自由落體運動的:自由落體的小球呀,就跟劇場裏慢慢往下落的舞台似的,舞台這麽下降呢,在時空裏那可是變化著的。

這麽說吧,廣義相對論啊,它把力學這玩意兒給幾何化嘍。

再來說說水星軌域那解不開的謎吧。水星離太陽可太近了,近得它的重力場老大了,結果呢,在低速、弱重力場和宏觀世界裏挺管用的牛頓定律,到這兒就玩不轉了。

按照相對論的說法,水星近日點進動這事兒能有個合理的解釋,壓根兒不用再假設有啥未知的行星了。為啥呢?因為重力場裏時空會膨脹、會彎曲啊啥的,就這些個情況,讓行星軌域有了一丁點兒的小變化。

水星軌域近日點咋就會慢慢移動呢?這啊,是相對論效應搞的鬼。牛頓的理論可不是這麽回事兒。相對論覺著吧,水星每次靠近太陽的時候,就會被相對論效應下彎曲的時空影響。這麽一來呢,水星軌域就會繞著太陽轉那麽一丁點兒角度,連軌域的軸也跟著發生變化了。這角度雖然小得可憐,可它一個勁兒地積累呀。結果呢,等到水星按預期周期(就是87.97個地球日)走的時候,它軌域近日點進動就比開普勒預測的快了43角秒。

水星近日點那事兒啊,成了廣義相對論的頭一個特有力的證據呢。這事兒還說明啊,不一樣的條件就得用不一樣的理論去研究。就好比牛頓力學吧,它適用的是那種低速又宏觀的情況。在重力場比較弱的時候呢,牛頓定律還能用。可要是到了強重力場啊,或者是微觀粒子的那種情況,牛頓定律就不靈了,這時候廣義相對論就來補上這部份的理論啦。

到現在啊,咱們還是沒找著「火神星」呢。雖說咱們還沒把宇宙演化的那些個細節全搞明白,可廣義相對論給咱提供了一個倍兒清楚的基本框架,好讓咱們能知道這整個宇宙是咋運轉的。廣義相對論把宇宙那無限可能的鮮活樣兒和演化的那些事兒都給揭露出來了,而且對世界宇宙學裏那些神乎其神的問題,也給了清楚又詳細的答案呢。

【太陽系中還可能存在未知的行星嗎】

科技啊,一個勁兒地發展,技術也一天比一天完善,這人類對太陽系的探索和了解那是越來越深嘍。可太陽系裏是不是還有沒被瞅見的行星呢?這個事兒啊,一直在人們心裏頭攪和。說實在的,科學家們對太陽系裏沒被觀測到的行星,那看法可不一樣呢。

火神星基本上算是被判定不存在了。那科學家有沒有提過太陽系裏可能有新的行星成員呢?

太陽系裏有未知行星存在,這可能性可不小呢。為啥呢?首先啊,咱現在探測技術有局限性,這就導致科學家想把太陽系全給觀測探測個遍,那可太難了。特別是海王星軌域再往外的那些區域,離得老遠了,能反射的太陽光少得可憐,就咱現在這觀測技術啊,想在那片區域發現可能存在的行星,簡直比大海撈針還難呢。

2012年的時候啊,巴西有個天文學教授。這教授可不得了,眼睛就跟帶了X光似的。他瞅著凱伯帶那兒有六到七顆天體呢,這幾個天體的執行軌跡啊,跟現有的太陽模型那是完全不搭調。這教授就琢磨了,嘿,說不定附近有顆未知的大行星呢。這行星啊,質素老大了,重力也老大了,大到什麽程度呢?足以把那六顆天體的執行軌跡都給改變嘍。

他呢,也做了個推演。要是沒有那顆行星來搗亂,凱伯帶那六顆天體啊,公轉軌域就會近乎圓形的。可就這六顆行星而言,有了那顆行星的幹擾之後,它們的偏心率和執行軌跡才跟實際觀測到的一樣呢。

不過呢,就算理論上說得通,咱現有的探測法子還是沒法瞅見這顆行星到底在哪旮旯,所以啊,證據還是不咋夠。

有些假說講啊,咱們這個太陽系裏,起碼還得有兩顆不曉得的行星呢。可話又說回來,天文望遠鏡都沒能給出夠分量的證據,這就只是個猜想唄,還得靠更多的科學實驗和數不清的探測成果來撐腰才行呢。

末了呢,就盼著人類的科技啊,一個勁兒地突破再創新,把一個又一個的謎團給揭開嘍,帶著咱一塊兒去瞅瞅這個又古老又滿是未知的宇宙。