03.12 太陽系八大行星分佈符合提丟斯——波得法則,原因何在?

太陽系八大行星分佈符合提丟斯——波得法則,原因何在?

太陽系是一個特別完美的恆星系。之所以這樣說,是因為它誕生了太陽、地球和月亮,誕生了生命和人類,誕生了牛頓和愛因斯坦。

太陽系八大行星分佈符合提丟斯——波得法則,原因何在?

太陽系的星球是雜亂無章地分佈在整個太陽系還是有一定的分佈規律?幾百年來,人類孜孜以求,苦苦探索,希望能回答這個千古難題。

1、提丟斯——波得法則

1766年,德國的一位中學教師提丟斯(J.D.Titius)發現行星與太陽的平均距離從裡向外成倍地增加,符合某個倍增數列的規律,並且空出了一個位置。

水星 金星 地球 火星 ? 木星 土星

數 列 子 項 0 1 2 4 8 16 32

太陽行星距離 0.387 0.723 1 1.524 ? 5.203 9.539

法則計算距離 0.4 0.7 1 1.6 2.8 5.2 10

當時的柏林天文臺臺長波得(J.E.Bode)將其歸納成一個經驗公式即“提丟斯——波得(J.D.Titius - J.E.Bode)法則”。即數列的每一項乘以0.3再加上0.4就等於行星到太陽中心的距離(天文單位)。用公式表示為:

L=0.3n+0.4 (1)

L——行星與太陽系中心距離(天文單位),

n——數列項。

太陽系八大行星分佈符合提丟斯——波得法則,原因何在?

圖2 波得

1781年英國偉大的天文學家威廉·赫歇爾發現了天王星,與太陽的距離為19.267,與計算距離19.6相差不大。但是,之後發現的海王星距離為30.1,與計算距離38.8相差較大。

因為火星與木星之間出現了一個空缺,提丟斯、波得大膽推測,其間應該存在一個行星。1800年1月1日,意大利天文學家皮亞齊發現了一顆小行星——穀神星,距離為2.77,與計算距離2.8幾乎完全吻合。在此之後,人們又在這個區域發現了數千顆小行星,證明這個預測是正確的。

提丟斯——波得法則比較準確地反映了太陽系行星的分佈規律。但為什麼是這種規律,天文學家們無法給出答案。

2、對提丟斯——波得法則的再思考

我根據太陽系行星的分佈狀況,發現:如果把水星、金星、地球和太陽都算做第0層,則數列即可重新排列如下:

地球 火星 小行星 木星 土星 天王星 海王星

圈層序數 0 1 2 3 4 5 6

0.3倍數 1 2 4 8 16 32 64

亞圈層數 1 2 4 8 16 32 64

可見,行星與相鄰內側星球的間距取決於其所在的圈層,即0.3乘以2的圈層次方。用公式表示為:

S=0.3×2N (2)

S——行星與相鄰內側星球的間距(天文單位),

N——圈層序數。N=0~6。

L1=0.1+∑S (3)

3、詮釋太陽系相關問題

太陽系八大行星分佈為什麼符合提丟斯——波得法則?因為太陽系其實就是一個大旋渦,而旋渦裡的物質分佈則呈現一個個圈層結構,數學上叫斐波那契螺旋即黃金螺旋。

1)為什麼太陽、水星、金星、地球的間距基本相同?

我認為在太陽系基本形成後,原太陽處於第〇層,即N等於0。地球、金星、水星才從原太陽中脫離出來。所以,它們的間距為0.3個天文單位。

對於這一點,提丟斯——波得法則是無法解釋的。天文學家們也沒有給予解答。

2)為什麼行星的軌道為橢圓形?

天文學家們解釋說,根據經典力學,做圓周運動的物體,在向心力不變的情況下,其軌道半徑與線速度的平方成正比。所以當行星線速度增大時,其軌道半徑將同時增大,由初始的圓形軌道進入了橢圓形運動軌道。有人認為行星的軌道之所以為橢圓形是由於太陽的萬有引力強迫行星返回。

我認為:圈層都有一定的寬度。行星系只能在圈層裡面運動,根本無法越雷池一步。圈層的最裡邊緣就是行星系的內邊界(近日點);圈層的最外邊緣就是行星系的外邊界(遠日點)。這樣,行星系的運行軌跡只能是一個不太規則的橢圓或魚形曲線。

3)為什麼海王星距離與提丟斯——波得法則計算值相差較大?

海王星距離為30.1天文單位,與提丟斯——波得法則計算距離38.8相差較大。

我的解釋是,海王星只是所在圈層的眾多小行星中最大的一個,另外的小行星都分佈在海王星之外廣闊的區間內,與木星與火星之間的小行星帶一樣。冥王星則是另一個圈層柯伊伯帶裡最大的小行星。

4)為什麼木星與火星之間的小行星帶、柯伊伯帶沒有大行星呢?

因為這兩個帶內沒有出現一個大一點的旋渦,而是多個小旋渦,所以最終只是旋聚出幾個大一點的球形小行星。

朋友,你對提丟斯——波得法則怎麼看?能談談嗎?


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