近日點(diǎn)(英文名:perihelion)
地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道是一個(gè)橢圓,它的長(zhǎng)直徑和短直徑相差不大,可近似為正圓。太陽(yáng)就在這個(gè)橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,而焦點(diǎn)是不在橢圓中心的,因此地球離太陽(yáng)的距離,就有時(shí)會(huì)近一點(diǎn),有時(shí)會(huì)遠(yuǎn)一點(diǎn)。
1月初,地球離太陽(yáng)距離最近,為1.471億千米,這一點(diǎn)叫做近日點(diǎn)。
7月初地球離太陽(yáng)最遠(yuǎn),為1.52億千米,這一點(diǎn)叫做遠(yuǎn)日點(diǎn)。事實(shí)上,當(dāng)?shù)厍蛟诮拯c(diǎn)的時(shí)候,北半球?yàn)槎?,南半球?yàn)橄募荆谶h(yuǎn)日點(diǎn)的時(shí)候,北半球?yàn)橄募?,南半球?yàn)槎?。在近日點(diǎn)地球公轉(zhuǎn)速度較快,在遠(yuǎn)日點(diǎn)較慢。對(duì)于農(nóng)歷而言,近日點(diǎn)附近是最難出現(xiàn) 閏月的位置。
在近日點(diǎn)時(shí),地球接受到的 太陽(yáng)輻射更強(qiáng)(距離近),地球整層大氣平均溫度在1月達(dá)到全年最高;但最低的溫度并不是在遠(yuǎn)日點(diǎn),而是在10月(偶爾也會(huì)在9月)。
事實(shí)表明(經(jīng)過(guò)美國(guó)大氣中心NCEP資料計(jì)算),全球整層大氣平均風(fēng)能通常在8月最大,4月最小。
可以用角動(dòng)量守恒計(jì)算
在這個(gè)中心力場(chǎng)的問(wèn)題中,對(duì)于一個(gè)繞轉(zhuǎn)的物體,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,角動(dòng)量是守恒的,包括它在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí),具體的說(shuō)就是 L=MV(近)R(近)=MV(遠(yuǎn))R(遠(yuǎn))
對(duì)于具體一個(gè)的物體,M不變 ,V垂直于它于太陽(yáng)的連線。
一顆 行星距太陽(yáng)最近的點(diǎn)。當(dāng)對(duì)象為地球而非 太陽(yáng)時(shí)則使用“近地點(diǎn)”一詞(perigee); periapsis用于公轉(zhuǎn)其他星體。(與遠(yuǎn)日點(diǎn)相對(duì))
天體軌道只能有一個(gè)近日點(diǎn),而遠(yuǎn)日點(diǎn)則可以沒(méi)有或有一個(gè)。
地球:1月初 近日點(diǎn) 日地距離1.471億千米角速度61分/天線速度30.3千米/秒
水星:近日點(diǎn)在它的 軌道平面上移動(dòng),每100年向前移動(dòng)(天文學(xué)上稱為 進(jìn)動(dòng))5601'左右,比根據(jù)牛頓定律推算出來(lái)的值偏高43',這個(gè)值被稱為水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng)。1859年,海王星的發(fā)現(xiàn)者——法國(guó)天文學(xué)家 勒威耶(Urbain Le Verrier)在發(fā)現(xiàn)海王星的啟發(fā)下,大膽地提出這種現(xiàn)象是由于一顆未知的水內(nèi)行星對(duì)水星的攝動(dòng)引起的。同年便有人宣稱發(fā)現(xiàn)了水內(nèi)行星,并起名為“火神星”,一時(shí)間掀起了尋找火神星的熱潮。然而幾十年過(guò)去了,此夢(mèng)一直未圓。于是人們?cè)O(shè)想各種因素來(lái)解釋這種復(fù)雜的進(jìn)動(dòng),但始終沒(méi)有令人滿意的理論解釋。
繼 牛頓之后,1915年,偉大的科學(xué)家 愛(ài)因斯坦建立了廣義相對(duì)論,巧妙地解釋了水星的近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象:行星在繞太陽(yáng)一周之后,它在軌道上的近日點(diǎn)將向前進(jìn)去。廣義相對(duì)論揭開(kāi)了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)之謎,反過(guò)來(lái),水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)又成為廣義相對(duì)論最有力的三個(gè)天文學(xué)驗(yàn)證之一。另外兩個(gè)是,日全食時(shí)星光在太陽(yáng)引力場(chǎng)中的彎曲以及白矮星光譜線紅移。
1859年,天文學(xué)家 勒威耶發(fā)現(xiàn) 水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)觀測(cè)值,比根據(jù) 牛頓定律計(jì)算的理論值每百年快38角秒。1882年, 紐康經(jīng)過(guò)重新計(jì)算,得出水星近日點(diǎn)的多余進(jìn)動(dòng)值為每百年快43角秒!他提出,有可能是水星因發(fā)出黃道光的彌散物質(zhì)使水星的運(yùn)動(dòng)受到阻尼。1915年愛(ài)因斯坦在《用廣義相對(duì)論解釋水星近日點(diǎn)運(yùn)
愛(ài)因斯坦1915年對(duì)水星的進(jìn)動(dòng),提出公式,解出水星100年的進(jìn)動(dòng)為 43”。許多人以此作為支持愛(ài)因斯坦的理論的最重要證據(jù)之一!
愛(ài)因斯坦提出的公式為:Δω=24π^3*α^2/c^2T^2(1-e^2)
其中c為光速,T為軌道周期,α為半長(zhǎng)徑,e為偏心率,ω為交進(jìn)動(dòng)。[1]
對(duì)此,吳大猷先生謹(jǐn)慎地寫道:“在 水星之情形,觀察的結(jié)果,需先做許多校正(如受其他星星之干擾等)這些校正總值達(dá)5160” 之巨,剩余43”實(shí)不及總值的百分之一。故理論與觀察結(jié)果之吻合,似不宜遂作定論。但按專家們的意見(jiàn),則以為觀察是支持愛(ài)因斯坦的理論的。”上世紀(jì)六十年代,人們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)風(fēng).一般認(rèn)為太陽(yáng)通過(guò) 太陽(yáng)風(fēng)每年損失3X10-14M⊙!
愛(ài)因斯坦1915年計(jì)算顯然沒(méi)有包括太陽(yáng)風(fēng)的概念!
討論水星的進(jìn)動(dòng),引入太陽(yáng)風(fēng)的概念意味之一是太陽(yáng)每一百年對(duì)水星的引力至少減少3X10-12倍。
引入太陽(yáng)風(fēng)的概念意味之二是太陽(yáng)風(fēng)對(duì)水星的外推!依據(jù)動(dòng)量守恒定律mv=M v’。 m為 水星所受到的太陽(yáng)風(fēng)作用,v為太陽(yáng)風(fēng)速度; M 為水星質(zhì)量, v’為水星速度變化。
水星公轉(zhuǎn)軌道數(shù)值約為579萬(wàn)Km,水星公轉(zhuǎn)軌道扁率約為0.2056。水星半徑約為2439Km。球面面積公式S=4Π .R.R。水星公轉(zhuǎn)軌道球面面積約為421227.6x10?12Km2。水星面積約為4672114.5km2,兩者之比為9.017x109?。太陽(yáng)質(zhì)量約為1.99x10?33g,水星質(zhì)量約為3.303x102?3g??紤]太陽(yáng)系、 銀河系等均為平面結(jié)構(gòu)的事實(shí),可以假定太陽(yáng)風(fēng)主要散失在太陽(yáng) 赤道面。加之考慮水星公轉(zhuǎn)軌道扁率、水星對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的引力作用,對(duì)水星獲得的太陽(yáng)風(fēng)物質(zhì)予以增大,乘以系數(shù)100。則得100年 水星獲得的太陽(yáng)風(fēng)物質(zhì)約為 3.32X10-20M⊙。
地球處太陽(yáng)風(fēng)的最大速度約為900 Km/S。太陽(yáng)表面物質(zhì)的最小脫離速度約為624 Km/S。取水星處太陽(yáng)風(fēng)速度約為780 Km/S。
將以上數(shù)值簡(jiǎn)單代入公式mv=M v’,可得每百年v’約為7.84X10-5m/S。
太陽(yáng)風(fēng)引起的引力變化與外推作用之和對(duì)水星每百年 43”的進(jìn)動(dòng)相比不是可以忽略不計(jì)的!
要知道水星公轉(zhuǎn)周期約88地球日,水星每百年的運(yùn)動(dòng)100x4.14x360x60x60與每百年 43”的進(jìn)動(dòng)相比也是天文數(shù)字!
當(dāng)然,我開(kāi)始考慮太陽(yáng)風(fēng)因素時(shí),我曾設(shè)想做天體的“N體”計(jì)算。但隨著時(shí)間的變化,認(rèn)識(shí)到這是現(xiàn)在無(wú)法做到的。
將太陽(yáng)風(fēng)因素引入 水星進(jìn)動(dòng) 的“N體”計(jì)算是否會(huì)支持愛(ài)因斯坦理論?
愛(ài)因斯坦1915年的水星進(jìn)動(dòng)計(jì)算很大程度上可以被認(rèn)為是對(duì) 牛頓方程進(jìn)行系數(shù)調(diào)整以適應(yīng)已知的43”! 因?yàn)樗沁M(jìn)動(dòng) 的“N體”精確計(jì)算的篇幅至少會(huì)是數(shù)以百萬(wàn)字的,而不會(huì)只是一個(gè)普通論文篇幅!
根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)值與觀測(cè)值的分歧。1859年﹐法國(guó)天文學(xué)家 勒威耶發(fā)現(xiàn)水 星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的觀測(cè)值﹐比根據(jù)牛頓定律算得的理論值每世紀(jì)快38°﹐并猜測(cè)這可能是一個(gè)比水星更靠近太陽(yáng)的水內(nèi)行星吸引所致??墒墙?jīng)過(guò)多年的辛勤搜索﹐這顆猜測(cè)中的行星始終毫無(wú)蹤影。紐康測(cè)定這個(gè)值為每世紀(jì) 43度。他提出﹐這可能是那些發(fā)出黃道光的彌漫物質(zhì)的阻尼所造成的。但是﹐這種假設(shè)又不能解釋其他幾顆行星的運(yùn)動(dòng)。于是紐康就懷疑萬(wàn)有引力定律中的平方反比規(guī)律有問(wèn)題。為了能同時(shí)解釋幾顆內(nèi) 行星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)﹐紐康求出了引力應(yīng)與距離的2+1.574×10次方成反比。19世紀(jì)末﹐電磁理論發(fā)展的早期﹐韋伯﹑ 黎曼等人也都曾試圖用電磁理論來(lái)解釋 水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)問(wèn)題﹐但均未能得出滿意的結(jié)果。
依據(jù) 牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算所得的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)理論值與實(shí)際觀測(cè)所得到的觀測(cè)值之間的差異所產(chǎn)生的分歧問(wèn)題。1859年,法國(guó)天文學(xué)家U.J.J.勒威耶根據(jù)多次觀測(cè)發(fā)現(xiàn)所得到的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)值要比按照牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算所得的理論值每世紀(jì)快38秒出現(xiàn)水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng)他的這一發(fā)現(xiàn)引起了眾多天文學(xué)家的注意很多人對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了研究和修正。進(jìn)一步測(cè)定水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的觀測(cè)值與理論值之差為每世紀(jì)43秒,于是有人懷疑牛頓萬(wàn)有引力定律是否普遍適用。但長(zhǎng)期得不到完滿的解釋。直至1915年,愛(ài)因斯坦根據(jù)他創(chuàng)立的廣義相對(duì)論原理對(duì)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算他的計(jì)算值與按照牛頓萬(wàn)有引力定律計(jì)算得到的值之差值為每世紀(jì)43″03。這個(gè)值與觀測(cè)值十分接近,從而成功地解釋了 水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng)。
進(jìn)動(dòng)值的分歧問(wèn)題,成為天文學(xué)對(duì)廣義相對(duì)論的最有力的驗(yàn)證之一。影響水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的因素很多,任何微小的變動(dòng)都會(huì)影響到對(duì)廣義相對(duì)論的驗(yàn)證,因此,這個(gè)問(wèn)題尚需要繼續(xù)研究。
由于其他大行星(主要是木星)的攝動(dòng)影響,地球公轉(zhuǎn)軌道的近日點(diǎn)也有進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象,周期約為21000年,每年約1.03',也就是說(shuō)每58年地球推遲一天到達(dá)近日點(diǎn),比如公元1250年地球到達(dá)近日點(diǎn)的時(shí)間在冬至附近,而現(xiàn)在目前則是每年1月3日或4日到達(dá)近日點(diǎn)。
從長(zhǎng)期來(lái)看,地球近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)雖然微小,但也是造成地球氣候冷暖變化的重要因素之一。 南斯拉夫天文學(xué)家 米蘭科維奇(Milankovich)于1930年提出地質(zhì)時(shí)期氣候變化與地軸傾斜度的變化、地球軌道偏心率的變化和近日點(diǎn)的位置變化有關(guān)。
Swift-Tuttle
英仙座流星雨的流星體來(lái)自周期135年的Swift-Tuttle彗星( 斯威夫特彗星),當(dāng)?shù)厍蚪?jīng)過(guò) 彗星軌道附近時(shí),重力將這些從彗核散布出來(lái)的塵埃、碎粒吸引至地球,以高速?zèng)_向 大氣層,摩擦燃燒后發(fā)出短暫的光芒,就是我們所見(jiàn)的流星。較大的流星體其尾跡可在夜空中持續(xù)數(shù)分鐘之久。
1992年11月過(guò)近日點(diǎn)的 109P/Swift-Tuttle 彗星。下一次 le彗星要到2126年才會(huì)再度通過(guò)近日點(diǎn)。
貝內(nèi)特彗星
1970年3月20日, 貝內(nèi)特彗星過(guò)近日點(diǎn)時(shí)彗尾已長(zhǎng)達(dá)11度,亮度達(dá)0等。 后發(fā)現(xiàn) 于黎明前的東方天空,彗尾日漸變長(zhǎng),達(dá)20度以上,粗而彎的橙黃色 塵埃彗尾和直線延伸的藍(lán)色氣體彗尾漂亮而易于區(qū)分。它成為自1910年哈雷彗星回歸以來(lái)最輝煌的彗星之一,很多天文愛(ài)好者都拍到頗為漂亮的照片。
貝內(nèi)特彗星是1969年12月28日由 南非業(yè)余天文學(xué)家 貝內(nèi)特發(fā)現(xiàn)而命名的。
哈雷彗星
1910年4月20日,哈雷彗星到達(dá)近日點(diǎn)
哈雷彗星是惟一可以預(yù)報(bào)的大彗星,1705年,英國(guó)天文學(xué)家 哈雷利用牛頓 萬(wàn)有引力定律推算出其回歸周期及軌道,為表彰他的成就,遂將該彗星命名為哈雷。它成為公元前240年以來(lái)有32次回歸記錄的“熟客”。 哈雷彗星的周期約為76年。在20世紀(jì)有二次出現(xiàn)。1910年回歸時(shí)條件良好,因而形象頗為壯觀:4月20日過(guò)近日點(diǎn)時(shí) 彗尾已亮得肉眼可見(jiàn),一個(gè)月后過(guò)近地點(diǎn)時(shí)彗尾長(zhǎng)達(dá)125度~150度。其時(shí),由于它距離地球只有2500萬(wàn)千米,故有人擔(dān)心完全被彗尾籠罩的地球生物會(huì)全部死亡。其實(shí)彗尾非常稀薄,而地球未發(fā)生任何異狀。不過(guò)哈雷彗星橫掃天際的景象著實(shí)使當(dāng)時(shí)的人們心驚肉跳。
2002年3月5日13:15由中國(guó)河南省開(kāi)封市天文愛(ài)好者張大慶和日本業(yè)余天文學(xué)家遲谷熏在上月初共同發(fā)現(xiàn)的“池谷—張彗星”,日前天文學(xué)家已計(jì)算出其軌道,它將在3月18日通過(guò)近日點(diǎn),這將為國(guó)內(nèi)的眾多天
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