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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

2024-10-01科学

1859年的时候啊,法国有个天文学家叫勒威耶,他头一回弄出来个假想的行星,起名叫火神星。他琢磨着这火神星呢,就在太阳和水星中间待着。嘿,您说这火神星到底是啥来历呀?它到底是不是真有这么个玩意儿呢?

【水星近日点的反常运动】

咱得从水星开始说起这事儿。您各位都明白吧,每颗行星绕着太阳转的时候都有自个儿的轨道。这轨道呢,就跟个近似正圆的椭圆差不离儿。可咱得清楚啊,太阳可不一定就在行星轨道的正中间,好多时候啊,它是会偏离中心那么一段距离的。

这么着,就会有个点离太阳最近,这个点就叫近日点呗。

不过呢,近日点可不是个老实巴交、一直待在原地不动弹的家伙,它也会动唤呢。隔上那么一阵子,它就会挪个角度,这就是「进动」这种现象啦。

在天文学里啊,进动这码事常常被拿来琢磨那些老复杂的天体咋动的现象,就像星系之间互相捣鼓、恒星沿着啥轨道溜达,还有黑洞跟恒星之间你碰碰我、我碰碰你的情况。

地球绕着太阳转的时候,近日点还会有进动这码事呢。资料上显示啊,差不多在公元1200年之前的时候,地球在冬至前后就到近日点了。可如今呢,这近日点跑一月份初去了。

进动这事儿挺常见的。牛顿引力定律能把别的行星的运动解释得特别完美。可水星就有点特别了,它实际的进动值和牛顿定律推测出来的压根儿就不一样呢。

嘿,您知道吗?天文学家勒威耶他观测得到的数据啊,可比照着牛顿定律算出的那个5557.62角秒(这是个理论值呢),还多出了38角秒呢。

这么一搞,大伙都迷糊了,到底是牛顿定律出岔子了呢,还是水星就这么任性,压根不把物理定律当回事儿呢?

【火神星的由来】

火神星啊,是勒威耶提出来的呢。这勒威耶可是发现海王星的天文学家当中的一位。嘿,海王星的发现可不得了,给后来水星近日点那反常运动提供了灵感。

1821年的时候啊,天文学家布瓦尔瞅见天王星的轨道特别怪。他就照着刚发现天王星那会儿观测到的情况来计算天王星轨道的位置。嘿,您猜怎么着?算出来的结果跟发现天王星之前的观测记录不一样,这还不算完,和天王星被发现之后的观测结果那也是不一样啊,真够邪门儿的。

这可让布瓦尔不由地寻思,准是有个挺大的天体在捣鼓天王星呢。

嘿,1846年的时候呢,勒威耶那可是凭着一股子热血就开始各种演算啊。这一通算下来,那可费了老多心神了,简直是把自己累得够呛,就差没把心血都呕出来了。最后呢,他单枪匹马地算出了一颗行星的大小和大概位置。嘿,皇天不负苦心人呐,柏林天文台的伽勒就这么顺利地观测到了这颗行星。打这之后啊,发现新行星这事儿就被大家传得沸沸扬扬的。这颗行星啊,就是咱现在都知道的海王星。

1843年的时候啊,水星进动异常就开始冒头了。勒威耶呢,整出了一篇关于水星绕着太阳转的轨道的研究理论,这理论是照着牛顿引力定律研究出来的。也是这一年,勒威耶瞅了瞅水星绕太阳转的轨迹,结果发现,实际瞅见的和理论上的压根就不是一码事。就说近日点转了一圈往前挪的角度吧,比牛顿定律推测出来的多出了38角秒呢。

1859年的时候啊,勒威耶又做了个更严丝合缝的实验,嘿,结果呢,还是跟牛顿定律对不上茬儿。

嘿,勒威耶就照着之前发现天王星那经验,开始放胆瞎琢磨了,他寻思啊,在水星和太阳中间,会不会还藏着一颗不晓得的行星,然后这行星正捣鼓着水星呢?

他琢磨出这么个猜测,还把那颗不晓得啥样的行星叫做「火神星」。

【火神星真实存在吗?】

在这当儿,好些人都在琢磨火神星到底存不存在呢。

同年十二月啊,有个叫勒卡尔博的业余天文家,给勒维威耶写了封信,说瞅见太阳被火神星给挡住了,这就是「凌日」现象呗。勒维威耶一听,麻溜儿就奔勒卡尔博搭的天文台去了。勒卡尔博那是一通详细介绍啊,说自己咋注意到那个小黑点的,又咋进行观测的。后来呢,不少人也嚷嚷着发现火神星凌日了。这么着,勒威耶就开始估摸下一次火神星凌日的时间,可到头来,理想的那场景压根就没出现。

科学家们找啊找,探索了半个世纪,也没瞅见这个「火神」的影儿。

1882年的时候啊,天文学家纽康又重新去测了水星近日点进动的角度。这水星近日点的移动呢,每一百年大概进动5601″。这么一计算呀,得嘞,实际观测出来的结果比按照牛顿定律算出来的要多出43角秒呢。

有的科学家呀,就想把牛顿引力公式里那个平方反比给改改,嘿,结果呢?没一个能成的,全失败喽。

打这往后啊,电磁理论慢慢诞生还发展起来了。韦伯他们呢,也想试着用电磁场理论把这现象给解释解释,可倒好,没一个能弄成的,都不咋地。

一直到1916年,爱因斯坦把广义相对论给用上了,就这么着把这个拖了六十年的难题给解决喽。他得出的结果和实际观测的结果那是差不离儿的。

牛顿引力定律觉得物体是因为引力作用才运动的,广义相对论可不一样。广义相对论寻思着,宇宙就像一张黑色鹅绒幕布,上面全是坑坑洼洼的褶子,物质呢,就在这空间里沿着最短的路自由活动。

爱因斯坦以前拿一个特别生动的例子,来说明广义相对论咋解释自由落体运动的:自由落体的小球呀,就跟剧场里慢慢往下落的舞台似的,舞台这么下降呢,在时空里那可是变化着的。

这么说吧,广义相对论啊,它把力学这玩意儿给几何化喽。

再来说说水星轨道那解不开的谜吧。水星离太阳可太近了,近得它的引力场老大了,结果呢,在低速、弱引力场和宏观世界里挺管用的牛顿定律,到这儿就玩不转了。

按照相对论的说法,水星近日点进动这事儿能有个合理的解释,压根儿不用再假设有啥未知的行星了。为啥呢?因为引力场里时空会膨胀、会弯曲啊啥的,就这些个情况,让行星轨道有了一丁点儿的小变化。

水星轨道近日点咋就会慢慢移动呢?这啊,是相对论效应搞的鬼。牛顿的理论可不是这么回事儿。相对论觉着吧,水星每次靠近太阳的时候,就会被相对论效应下弯曲的时空影响。这么一来呢,水星轨道就会绕着太阳转那么一丁点儿角度,连轨道的轴也跟着发生变化了。这角度虽然小得可怜,可它一个劲儿地积累呀。结果呢,等到水星按预期周期(就是87.97个地球日)走的时候,它轨道近日点进动就比开普勒预测的快了43角秒。

水星近日点那事儿啊,成了广义相对论的头一个特有力的证据呢。这事儿还说明啊,不一样的条件就得用不一样的理论去研究。就好比牛顿力学吧,它适用的是那种低速又宏观的情况。在引力场比较弱的时候呢,牛顿定律还能用。可要是到了强引力场啊,或者是微观粒子的那种情况,牛顿定律就不灵了,这时候广义相对论就来补上这部分的理论啦。

到现在啊,咱们还是没找着「火神星」呢。虽说咱们还没把宇宙演化的那些个细节全搞明白,可广义相对论给咱提供了一个倍儿清楚的基本框架,好让咱们能知道这整个宇宙是咋运转的。广义相对论把宇宙那无限可能的鲜活样儿和演化的那些事儿都给揭露出来了,而且对世界宇宙学里那些神乎其神的问题,也给了清楚又详细的答案呢。

【太阳系中还可能存在未知的行星吗】

科技啊,一个劲儿地发展,技术也一天比一天完善,这人类对太阳系的探索和了解那是越来越深喽。可太阳系里是不是还有没被瞅见的行星呢?这个事儿啊,一直在人们心里头搅和。说实在的,科学家们对太阳系里没被观测到的行星,那看法可不一样呢。

火神星基本上算是被判定不存在了。那科学家有没有提过太阳系里可能有新的行星成员呢?

太阳系里有未知行星存在,这可能性可不小呢。为啥呢?首先啊,咱现在探测技术有局限性,这就导致科学家想把太阳系全给观测探测个遍,那可太难了。特别是海王星轨道再往外的那些区域,离得老远了,能反射的太阳光少得可怜,就咱现在这观测技术啊,想在那片区域发现可能存在的行星,简直比大海捞针还难呢。

2012年的时候啊,巴西有个天文学教授。这教授可不得了,眼睛就跟带了X光似的。他瞅着柯伊伯带那儿有六到七颗天体呢,这几个天体的运行轨迹啊,跟现有的太阳模型那是完全不搭调。这教授就琢磨了,嘿,说不定附近有颗未知的大行星呢。这行星啊,质量老大了,引力也老大了,大到什么程度呢?足以把那六颗天体的运行轨迹都给改变喽。

他呢,也做了个推演。要是没有那颗行星来捣乱,柯伊伯带那六颗天体啊,公转轨道就会近乎圆形的。可就这六颗行星而言,有了那颗行星的干扰之后,它们的偏心率和运行轨迹才跟实际观测到的一样呢。

不过呢,就算理论上说得通,咱现有的探测法子还是没法瞅见这颗行星到底在哪旮旯,所以啊,证据还是不咋够。

有些假说讲啊,咱们这个太阳系里,起码还得有两颗不晓得的行星呢。可话又说回来,天文望远镜都没能给出够分量的证据,这就只是个猜想呗,还得靠更多的科学实验和数不清的探测成果来撑腰才行呢。

末了呢,就盼着人类的科技啊,一个劲儿地突破再创新,把一个又一个的谜团给揭开喽,带着咱一块儿去瞅瞅这个又古老又满是未知的宇宙。