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假如太阳后面还躲着一颗行星,科学家能计算出来吗?

曾经这并不是假设,而且是天文学家苦苦搜索过的一颗行星,它已经被命名为祝融星,但结果大家都知道了,太阳系并不存在这样一颗行星,而且这个失败的结果却证明另一个伟大理论的成功!

搜索祝融星

从行星的摄动来计算另一颗恒星,是勒维耶的拿手好戏!在赫歇尔发现天王星以后,天文学家就发现天王星观测到的轨道与计算不相符,根据1821年亚历斯·布瓦出版的天王星的轨道表对比,这个差距似乎还不小,因此天文学家一直猜测在天王星轨道的外围还有一颗行星,它的引力影响了天王星的轨道!

1843年约翰·柯西·亚当斯计算出会影响天王星运动的第八颗行星轨道,并且将结果提供给了天文学家乔治·比德尔·艾里,但艾里与柯西出于沟通上的问题,并没有进一步搜索。

1846年,时任法国工艺学院天文学教师的勒维耶独立计算出了天王星的轨道,并且说服柏林天文台的约翰·格弗里恩·伽勒搜寻行星,1846年9月23日晚,在勒维耶计算位置相距不到1°位置发现了这颗行星!后来被命名为海王星!

  • 水星进动问题,搜索祝融星

1859年勒维耶以150年的水星观测资料与他计算值相比,发现存在一个每百年相差43角秒的偏差,有海王星计算经验的勒维耶马上就意识到了一个问题,并且将这个结果发给了科学界,希望能得到其他天文学家和物理学家的解释,科学界给出的答案五花八门:

  • 行星尘埃影响

  • 太阳的椭球形影响

  • 水星未知卫星

  • 水星内轨道的祝融星

甚至有科学家认为牛顿的万有引力定律并非严格成立,甚至将万有引力加上速度相关的修正想,当然以祝融星的解释最为大胆,而且大家最有兴趣!祝融是中国古代神话中的火神,它的英文名称是Vulcanus(罗马神话的锻冶之神武尔坎努斯)。

当然这颗行星是搜索不到的,并不是勒维耶算错了,而是当时的科学还未达到这个层次,在1916年爱因斯坦发表广义相对论后就完美的解决了这个误差问题,广义相对论认为大质量天体在周围形成凹陷的时空,而水星轨道的离心率比较高,因此它所经过的时空曲率差异很大,当然最终累积的误差被勒维耶计算了出来,但用牛顿力学来解释却说不清,成了历史上著名的搜索祝融星事件!

关于拉格朗日点与行星资格

拉格朗日点是限制性三体运动中的五个特殊解,1767年欧拉推算出了其中三个点,分别是L1、L2、L3,拉格朗日则在1772年推算出了L4和L5,五个拉格朗日点都已经齐了!

简单的理解就是在L1、2、3这三个就是一条直线上的引力平衡点,而L4和L5则是三足鼎立的引力平衡点,从理论上来看这几个点都可以在理想状态下保持平衡,当然大家都知道,除了L3以外,其他几个点在地球上都可以看到,唯有L3被太阳严重遮挡,而且是永远被遮挡,所以在环太阳轨道的卫星出现之前,出现在L3点的行星是地球无上无法看到的!

  • 它有可能存在吗?

《第二个地球》的灵感就是这个,但事实上这个点上的行星都无法长期存在,因为它会受到一个其他行星的引力摄动问题,因为处在L3点的天体是单向受力的,任何轻微的扰动都会让它离开这个位置再也无法自动调整回来,那么它有可能在长期的运动中逐渐和地球靠拢,形成太阳系历史上最为严重的行星相撞事件!

  • 月球就是这样来的!

在地球形成早期,在地球轨道上还有另一颗行星忒伊亚,但在长期的轨道绕行中,两颗行星的轨道速度差逐渐靠拢最终导致了惊天大碰撞,撞击使得部分物质脱离了地球,形成围绕地球的环形尘埃带,最终这些物质在引力作用下聚拢,形成了现在看到的月球!

忒伊亚的撞击使得地轴倾斜,地球自转减慢等等,都是促使地球形成生命的积极因素。其实这也是行星形成过程中的必经之路,2006年被开除出九大行星行列的冥王星就因为无法清理轨道上的其他天体,因为在柯伊伯带发现了大量类冥天体,使得行星的规模突然增加,但IAU(国际天文联合会)决定修改行星的标准,将能自我清理轨道这一条关键因素加了进去,否则庞大的太阳系行星家族实在有些尴尬。

  • 假如它存在,我们能发现吗?

其实经典力学即可算出它是否存在,现代科学能够准确测算出地球的公转轨道距离和公转速度,以及太阳和地球的质量,那么轨道速度产生的“离心力”和万有引力会存在差异,即地球的运动速度会受到这个看不见的天体影响,因此即使我们观测不到,但仍然能计算出这个天体的存在,十九世纪的勒维耶拿支笔就能算出水星进动,我们有现代化的计算机还算不出一颗L3点存在的行星?

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