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行星轨道规律研究
李振芳
长安大学 陕西西安 (710064 )
E-mail:lizhf_9678@163.com
摘 要:本文通过对提丢斯—彼得定则的两种表达形式的分析比较,对二者进行了优胜劣
汰的选择,在此基础上提出了新的描述行星轨道规律的数学表达式,为进一步揭示行星系统
的演化做了必要的准备工作。
关键词:行星轨道 半长轴 平均距离 等比数列 演化
1、引言
在行星系统中,各行星绕中心恒星的公转轨道半径之间具有一定的内在联系,这种联系
表现在各大行星轨道之间的位置关系上,它们的位置关系符合提丢斯—波得定则。这一特征
的形成与行星系统的演化过程有关,是系统按照某些规律进行演化的必然结果。提丢斯—波
彼得定则就是对揭示这种位置关系的规律的一种描述。1755年法国人提丢斯以数字游戏的方
式提出了当时已发现的各大行星到太阳之间平均距离的变化规律,后来法国人波得又将这一
规律用数学公式表述为:
an =0.4+0.3×2n (天文单位) (1)
式中an 为行星到太阳之间的平均距离,n = -∞,0,1,2 ……
按这一公式计算出的各行星到太阳之间的平均距离与当时已发现的各大行星公转轨道的半
长轴的实测值符合得相当好,尤其是利用这一规律在离太阳19(天文单位)处发现天王星时更
加确信此公式的正确性,认为它就是揭示行星轨道之间关系的规律的正确描述,但按下来发
现的海王星、冥王星的轨道半长轴与利用这一公式得出的计算值产生了越来越大的差距,那
么这一公式到底是不是对客观规律的正确描述呢?能否利用这一公式所表达出的物理意义
来对行星系统的演化进行更加深入的探索和研究呢?为了弄清这些问题,必须对它进行必要
的研究,这对包括太阳系在内的行星系统的演化的研究极其重要。
2、两种表述形式的比较
2.1 提丢斯—彼得定则的另一种表述形式
我们知道提丢斯—彼得定则的另一种表述形式为:
a / a = β (2 )
n+ 1 n
[1]
其中an和an+ 1分别为某大行星和与其相邻,且比它更远离太阳的行星轨道长半轴之值。
β为常数,约等于1.73 。
这两种表述形式虽然都称为提丢斯彼得定则的数学表达式,但它们的实质并不相同,
那么二者孰优孰劣,哪个式子能够正确反映行星公转轨道之间的规律呢?在研究太阳系演化
-1-
问题之前必须首先对二者做出优胜劣汰的抉择,它决定了我们所构建的行星系统的演化模型
是否与观测事实相符,是否符合自然规律。
为了便于比较,将第二种表达形式改写为等比数列的形式:
a = a · βn-1 (3 )
n 1
其中a1为水星公转轨道半长轴,n为自然数
以(3 )式可确定任何一颗大行星公转轨道半长轴。由于a 处没有大行星,暂以a 表示小行
5 5
星公转轨道半长轴,在 (3 )式中实际上是以a1做为此等比数列的一个基准数的,数列中其
它各数均以a 乘以公比或公比的相应倍数得到的。由于与a 相对应的大行星是水星,所以我
1 1
们称水星为基准星。
2.2 基准星的确定
水星是离太阳最近且体积质量都很小的一颗大行星,它易受到太阳和太阳系中其他因
素的干扰,这样使它在演化过程中受到干扰的情况下而处于现在我们所观测到的位置,因此
以水星为基准星并不合适,如果以太阳系中任意一颗行星为基准星,那么(3 )式应改为:
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