两百年来,被物理学遗忘的天体运行规律

两百年来,被物理学遗忘的天体运行规律

人们一直很好奇:

两个天体之间的距离那么远,比如地球与太阳之间的距离有1.5亿公里、太阳与银河系中心超大质量黑洞之间的距离有24.14万亿亿公里,在这么远的距离下,它们之间相互作用的引力是如何使它们互相拽住的呢?

黑洞的引力无比巨大,大到连光都无法逃脱黑洞的引力,然而是什么可以让引力从黑洞中传递出来的呢?

用辩证唯物主义的思维来看,我不能相信在这么远的距离下两个天体能够隔空、瞬间、没有延时的产生引力作用。

引力应该是通过某种媒介粒子传递的力,这种媒介粒子大致均匀地分布在整个宇宙中,保证了引力可以传递到宇宙的每个角落。时至今日,我们知道已经有科学家提出了类似的设想,例如:暗物质、引力子、中微子等等,我所描述的媒介粒子暂且也称之为“引力子”。

引力是以天体(天体尺度)为中心起点,通过引力子接力传递的方式向外传递的力。每一份引力以一个球面自中心向外扩散,扩散越远,球表面积越大,球表面空间位置上均匀分布的引力子就越多,每一份引力平均分配到该球面的引力子时,引力就越小。

根据球表面积公示(S=4πr^2)可知,以天体为圆心,天体周围不同半径球表面上的引力子数量与半径的平方成正比。那么,一份引力平均分配到该球面上的引力子时,就会有:单位引力子获得的引力与半径的平方成反比。这正好符合牛顿万有引力定律(F=GMm/r^2)中引力与半径的平方成反比的规律。

引力以光速向前传播,引力的传播速度就是30万公里/秒,原子与原子之间的距离约为0.1纳米,通过计算我们可以得知:两个原子或者引力子之间传递一份引力需要的时间大约是300亿亿分之一秒。由此可见,在单份引力源的作用下,引力子是以每秒300亿亿次的频率在振动,每一次振动就会传递一份引力。

综上所述,引力是以天体为中心起点,通过引力子接力传递的方式,以频率为每秒300亿亿次的球形的波的形式向外传递的力,如图1所示。

1、太阳系所有行星轨道为什么都会在同一水平面运行?

众所周知,太阳系八大行星中,以木星的质量最大、引力最大。木星是围绕着太阳做公转运动的,那么木星与太阳之间必定建立了“引力连接”,也就是太阳发出的引力传递到了木星,同样,木星发出的引力也传递到了太阳,前者起决定性作用。

与此同时,当地球绕太阳公转时,当它飞到太阳与木星中间的时候,就处于二者引力连接的路径上了,木星对太阳的引力中的一小部分会被地球“截胡”,木星的引力会穿过地球,对地球产生引力。

如图2所示,如果地球不是在两者之间的同一水平面轨道上,那么地球在受到太阳引力与自身公转运动产生的离心力保持平衡的基础上,同时还会受到一个作用力相对较大的木星的斜向拉力。日复一日,年复一年,地球的轨道就被拉拽到太阳与木星之间的同一水平面轨道上了。

同理,其他所有行星:金星、火星、土星等等,也都会被木星的引力拉拽到这同一水平面轨道上,这就形成了太阳系里所有行星的轨道都在同一水平面上围绕太阳公转的情形。

由此还可以预测一下:今天,银河系已经是盘状了,再过一百亿年,银河系里的所有恒星最终也都会在同一水平面的轨道上围绕银心公转。

现在,我们再把视野拓展到更大尺度空间,这同一水平面轨道还被更遥远的引力源锁定。

如图3所示,第一个点是地球公转轨道的夏至(和冬至)点,银心和太阳的引力锁定了地球轨道的夏至(和冬至)点。

当太阳向前公转时,地球(包括其他行星)轨道发生横向进动,致使地球夏至点的轨道一直处于银心和太阳正中间。水星的竖向进动是其有力证据,它们都是因为受到银心引力斜向拉力的作用。

第二个点是春分或秋分附近的点,由木星本身或者相对最大的(太阳系)系外引力源锁定。

所以,太阳系所有行星轨道都会在同一平面运行。

2、地球为什么会自转?

毫无疑问,地球不是永动机,其自身拥有的引力、磁力、惯性力和离心力等等,都不能促使其产生自转。地球自转是因为其在宇宙空间中受到的最大外力即太阳引力的影响而产生的结果。

首先,我们假设只考虑太阳的公转运动,不考虑地球的公转和银心的移动。

我们知道太阳与地球的距离是1.5亿公里,太阳发出的光需要8分20秒才能到达地球,引力的传播速度是光速,那么太阳发出的引力传递到地球也需要8分20秒。

太阳以230公里/秒的速度绕银心公转。在某一时刻,太阳发出了一份引力,当这份引力到达地球时,太阳已经向前飞行了8分多钟,大约11500公里。也就是说,地球一直在围绕着太阳身后的“影子”公转,如图4所示。

同理,在某一时刻,正在穿过地球的每一道太阳球面引力是运动中的、不同空间位置的太阳发出的引力。

如图5所示,太阳球面引力在穿过地球时产生了一定的偏转角度,我们可以清楚地看到地球所受到的太阳引力,在太阳公转运动前进方向显得更加密集。也就是,在一秒钟内,地球北半球的每一个原子接受的引力传递超过300亿亿次,而在南半球则是小于300亿亿次,太阳对地球的引力产生了前高后低(相对于太阳前进方向)的差别。

地球在北半球和南半球受到这两种不同大小的太阳引力以自身公转运动产生的离心力为支点相互抵消后,剩余的太阳引力差作用于北半球,方向指向太阳,那么地球自然而然地开始转动了,自转轴垂直于太阳公转轨道平面。

其次,我们假设只考虑地球的公转运动,不考虑太阳的公转和银心的移动。

地球是以30公里/秒的平均速度绕着太阳公转,那么太阳发出的每一道球面引力穿过地球时,它并不是均匀地穿过地球,而是穿过了不同空间位置上的地球。

如图6所示,穿过不同空间位置地球的同一道太阳球面引力产生了一定的偏转角度。我们可以清楚地看到太阳对地球的引力,在地球公转运动前进方向显得更加密集,产生了前高后低(相对于地球前进方向)的差别。

地球在前半球和后半球受到这两种不同大小的太阳引力以自身公转运动产生的离心力为支点相互抵消后,剩余的太阳引力差作用于前半球,方向指向太阳。那么,地球必然会缓缓地开始转动了,自转方向为自西向东,自转轴垂直于地球公转轨道平面,也就是赤道平面与轨道平面的夹角为零度。

(再次,我们假设只考虑银心带着整个银河系的移动,不考虑地球的公转和太阳的公转。省略,后文解释。)

3、地球自转的倾斜角为什么会有23.45度?

前面我们讲述了,在地球上相隔90度的北半球和前半球受到两个相同方向(指向太阳)的太阳引力差。

其中,太阳公转所对应的作用于北半球的太阳引力差应当忽略不计。

原因是:地球公转轨道虽是椭圆,但偏心率很小,仅为0.0167,接近于圆形。

如图7所示,地球公转一圈后,处在轨道对角位置时所受到的太阳引力差的大小几乎相等,方向正好相反,这一引力差对地球自转运动的影响自我抵消,所以忽略不计。

其次,银心带着整个银河系(包括太阳系)向前移动所对应的太阳引力差也应当忽略不计。

原因是:如图8所示,太阳对地球的引力差大小与角a成正比,角a与太阳(银心)的移动速度成正比。

如图9所示,银心的移动速度约为650公里/秒,地球的公转速度仅有30公里/秒。当地球处于太阳与银心中间的半边轨道时,抵消地球公转速度后,相对速度平均值为637公里/秒(650-30×根号3÷2÷2),当处于外侧的半边轨道时,合并公转速度后,相对速度平均值为663公里/秒(650+30×根号3÷2÷2)。

这两个速度非常接近,比值为0.96:1,仅仅相差4%,他们各自对应的太阳引力差的大小近乎相等,方向则是相反,这一引力差对地球自转运动的影响自我抵消,所以也忽略不计。

另外,地球的卫星月亮对地球产生的引力差也应当忽略不计。有人会有这样的疑惑:月亮对地球的引力很大,它的影响能使地球发生潮汐现象,怎么不用考虑呢?

原因是:天体自转不是看引力的大小,而是要看引力差的大小,潮汐是天体之间引力的直线作用,并非由引力差引起。

根据牛顿万有引力定律计算可知:太阳对地球的引力是月亮对地球引力的179倍。引力差的大小与天体的移动速度成正比,地球相对于太阳引力的移动速度为30公里/秒,相对于月亮引力的移动速度为1公里/秒,那么两者分别产生引力差的程度相差30倍。所以,太阳对地球的引力差是月亮的5370倍,月亮的引力差实在是太微弱了,所以也忽略不计。

还有,太阳系内其他行星对地球产生的引力差也都忽略不计。太阳对地球的引力差是木星的两万倍以上,其他行星更不用提了,所以都忽略不计。

现在,影响地球自转的主要因素只有地球公转所对应的太阳引力差。根据前面所讲述的内容,这一太阳引力差所形成的地球自转倾斜角,也就是赤道平面与轨道平面的夹角为零度。那么,现如今地球自转为什么会有23.45度呢?

如图10所示,假设太阳向前飞行4670万年(以太阳绕银心一圈为2.4亿年计算),大约30亿亿公里,太阳起点位置1和终点位置2与银心连线的夹角为70度。因为地球夏至点的轨道是被银心和太阳锁定在两者正中间的,所以地球轨道就被扭转了70度(横向进动),然而地球赤道平面却不会有变化,那么赤道平面与轨道平面的夹角就成了93.45(23.45+70)度,地球自转就变成跟天王星一样躺着自转了,还是按相同的视角看地球的话,自转方向变成了自东向西。

而原来躺着自转的天王星,自转角度由先前的97.86度变为了167.86度(97.86+70,与金星自转倾斜角度相近),换一种看法,就是12.14度(180-167.86),天王星反而拥有了最合适最理想的自转倾斜角。

现在地球躺着自转了,那么地球接收太阳的辐射热能将会发生巨大变化。

在一年中,南半球和北半球会交替对着太阳,南极在半年时长的连续白天中,太阳每分每秒都挂在天空转圈,不会落下。太阳到达天空正上方最高点附近转圈时,太阳光会直射南极大陆,使得南极会有两个月的炎炎夏日。这种情形会持续两千万年之久,大量生物在这里得以生长,所以这就是南极大陆地下形成了极为丰富的煤炭资源的前提条件。

除了南北极以外的其他地区接收到太阳光直射时间都大幅下降,一年中仅剩下不到一个月的时间,气温直降至零下。没有了适合的气温气候条件,大量生物就此消亡,这正好与五次生物大灭绝的时间点规律基本吻合。

现在,我们不妨再大胆一些,来做一个预测:太阳系八大行星都是被捕获的。就好比人造卫星能够以一个合适的速度(和方向),在一个恰当的距离上被地球捕获一样。无论你认同与否,都不能排除这个可能性。

如图11所示,请看位置4,金星在太阳处于对面轨道时被捕获后形成的自转方向是自西向东。当太阳绕银心半圈,转到这一边时,金星的轨道被扭转了180度,自转方向就成了自东向西,这就是今天金星的自转方向。

假如太阳从今天的位置3开始,在其轨道上向前划过92.7弧度至位置7,金星轨道被扭转92.7度,自转方向转为自西向东,开始顺应太阳引力差的作用方向了,金星自转就要开始加速了。

(不过,金星等到不到这个时候,就会停止现在的反向自转,改为顺向自转。因为金星从位置6到位置3,已经经过了5820万年的减速,自转一圈需要耗时243天)。

如图12所示,假如地球被太阳捕获以木星自转倾斜角为零度时的太阳位置为基准。地球刚被太阳捕获时,地球轨道与木星轨道的夹角为20.33度。

首先,地球因受到其自身公转对应的太阳引力差而形成了自转(假定初始没有自转),自转倾斜角为零度。然后,地球轨道被木星的斜向拉力拽到了同一水平面上,地球自转的倾斜角就有了20.33度。最后,因太阳公转向前行进了3.12弧度,使得这同一水平面轨道被银心扭转了3.12度。所以就形成了今天的地球自转时,赤道平面和轨道平面的夹角具有23.45度(20.33+3.12。同时,木星的自转倾斜角为3.12度)。

4、地球自转的速度为什么能稳定在一圈24小时?

根据牛顿第二定律(F=ma)可知:当一个物体被施加一个力时,该物体就会产生一个加速度。那么,地球的前半球被太阳施加了一个引力差时,地球就有了一个自转的加速度,在没有阻力的情况下,它将不断地、无限地加速自转。但是,我们现在观测到的地球自转速度却是大致稳定的,没有呈现出加速趋势,无论是十年前、还是百年前,地球自转的速度与今天相比,都没有稳步加速的迹象,这是什么原因呢?

那是因为地球表面包裹着一层厚厚的大气层,当地球受到太阳的引力差时,地球的固体部分自然就开始加速转动,然而,地表的大气层则不会像固体部分一样以自转轴为轴心整体加速转动。因为它具有流动性,没有固定的形态,所以地球表面的空气受到太阳的前高后低的引力时,会自由地流动,而不会以一个整体环绕地球加速转动。空气的温度、湿度、气压、随地球自转的离心力的影响远远大于太阳引力差的影响。

所以,地球的固体部分想要加速转动时,它遇到的阻力会越来越大,地球表面的高山、森林都在不断地撞击大气层,就好比汽车的速度越快,空气阻力就越大,地球自转的加速度就会被抵消掉。

另外,地球表面有着覆盖率达71%的液态水,它同大气层一样,也不会因太阳引力差而以自转轴为轴心整体加速转动,而是被重力吸附在地球表面的低洼处区域。那么,地球的固体部分想要加速转动时,海岸、海底的山丘和海沟都会持续地撞击海水,海水的密度比空气大,阻力也更大。

因此,地球自转经过了千万年的加速后,现如今已经处于一个相对平衡的状态了,所以,地球自转的速度会稳定在一圈24小时。

以上内容为个人观点,望多指教!感谢品鉴!

作者:沈海华

日期:2022年10月1日