为什么春分点会西移 春分会出现什么现象( 二 )


而今,世界各地仍旧保留着春分竖蛋的习俗,人们彷佛以此与先民对话 。一切都在传承中生生不息,如同太阳的周而复始 。
伴随春分的到来,一出天文大戏也悄然上演 。今天凌晨,如果你观察东方的天空,会发现金木水火四颗行星与一轮明月排成一线,逐个跃出东方地平线,组成罕见的四星伴月 。
广义相对论是如何解决水星额外进动的问题?3“对我来说,世界上再也没有比科学进步更崇高的荣誉了 。”——艾萨克·牛顿
牛顿引力理论统御了人类宇宙观近两个世纪,天上地下没有一件事不是牛顿不能解决的 。但却在水星上栽了跟头 。
现在我们知道,爱因斯坦的广义相对论已经凌驾于牛顿理论之上,因为如果我们利用牛顿定律,水星轨道的进动就会存在每世纪难以抹平的微小偏差,那么广义相对论是如何解决这个问题的?大多数时候我们会略过这个问题,但今天我们就详细说下,广义相对论到底比牛顿引力强在哪里?
上图我们可以看到,在太阳系中每一颗行星都在绕太阳公转 。更确切的说,行星的公转轨道并不是一个完美的圆,而是一个椭圆,开普勒在牛顿之前的一个世纪就已经发现了这一点 。在内太阳系中,地球和金星的轨道非常接近圆形,但水星和火星的轨道看起来就更加偏椭圆一些,它们在轨道上离太阳最近的距离和最远的距离相差十分大 。
【为什么春分点会西移 春分会出现什么现象】尤其是水星的远日点(离太阳最远的点)比近日点(离太阳最近的点)的距离大46%,而地球只相差3.4% 。这足以看出什么叫近圆形,什么叫椭圆形 。
至于行星的轨道为何不同,这个引力没有关系,也就是说跟离太阳远近无关,仅仅是因为在行星形成时候的条件导致了特定的轨道 。
如果开普勒定律在太阳系中是绝对完美的,那么一颗绕太阳公转的行星将会回到是一个完美的闭合椭圆,也就是说行星在一个位置开始公转,转一圈又回到了起始的位置 。也就是说,当地球在近日点开始公转,那么一年后地球将会再次准确的回到近日点 。地球在太空中的位置相对于太阳和前一年是完全一样的 。
但是我们知道,开普勒定律只是数学上是完美的,它的完美只适用于没有质量的质点 。但太阳系不仅有质量,而且还有众多的天体在轨道上干扰一个行星的运行 。
一个行星在绕太阳运行的同时,周围还有其他大型的天体,包括:行星、卫星、小行星等等 。另外行星和太阳都有质量,这意味着行星本身不是在绕太阳中心运行,而是绕行星/太阳系统的质量中心运行 。最后,我们地球的自转会绕轴进动,这意味着我们的回归年(季节和日历)和恒星年(地球公转360°)是有区别的 。也就是说春分点在不停的西移,回归年总是比恒星年少了20分24秒,这就是岁差 。
如果我们想预测另一颗行星的轨道会随着时间发生多大的变化,我们就必须考虑以上所有的因素 。
首先,恒星年和回归年之间的差别很小,但很重要:恒星年比回归年长20分24秒 。这意味着,当我们说季节、分点和至点时,这是在日历年的基础上发生的,但地球的近日点相对于这些节气有轻微的变化 。一个圆是360度,那么从一年的1月1日到下一年的1月1日,地球其实在轨道上只转了359.98604度,这意味着(1度有60′(弧分),1弧分有60(弧秒))由于地球岁差的问题,每一颗行星的近日点会以每世纪5025的速度移动 。
但同时也要考虑行星质量的影响 。
每一颗行星都会对另一颗行星的运动产生不同的影响,这取决于它的相对距离、质量、轨道邻近程度,以及它是在该行星的内部还是外部 。水星是最内层的行星,可以说是最容易计算的行星:所有的行星都在水星的外围,因此外围的行星都会使水星的近日点提前 。以下是这些行星的影响,其重要性依次递减:
金星每世纪277.9” 。木星:每世纪153.6” 。地球:每世纪90.0” 。土星:每世纪7.3” 。火星:每世纪2.5” 。天王星:每世纪0.14” 。海王星:每世纪0.04” 。还有其他的影响,比如小行星和柯伊伯带天体的影响,以及太阳和行星的扁率(非球形),每世纪0.01或更少,因此可以忽略不计 。
总而言之,这些影响加起来是每世纪水星的近日点会前进532,如果我们把地球进动的影响加进去,就得到每世纪前进5557 。但是我们观察到的是:水星近日点以每世纪5600速度在前进 。
实际的进动要比牛顿预测的要大,那么这是为什么呢?