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太阳系的隐藏同步性——与混乱

数字揭示了我们夜空中的光芒。

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从三月中旬到四月初,所有五颗“肉眼可见”的行星将在傍晚的天空中排列。水星将在西方的暮光中低而明亮地出现,而金星将在它上方舞动。火星、土星和木星在更高处,像一队杂乱的合唱团。类似的景象将在今年十二月的清晨再次出现。在那之后,我们将不得不等待十几年,才能再次看到任何与之类似的景象。

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行星排列之所以罕见,仅仅是因为整个太阳系并不遵循整齐的数学模式:行星的轨道周期差异很大,并且彼此之间不能整除。移动最慢的明亮行星木星和土星每 19.85 年才相遇一次。火星的轨道周期为 1.88 年,这意味着如果它与一次木星-土星相遇在太阳的同一侧,那么在下一次相遇时,它将几乎在另一侧。考虑到金星和水星与太阳近乎隐形地靠近的变量,就会明白为什么当前的排列是一种不寻常的景象。

尽管如此,在太阳系表面的混乱中隐藏着许多同步现象。例如,尽管太阳和月亮的直径差异很大,但它们在天空中看起来大小相同。太阳比月亮大 400 倍,但它距离地球也远 400 倍。太阳和月亮都以大约相同的 27 天周期自转。所有这些都是巧合,仅此而已。

其他模式根植于物理学。例如,以三颗巨大的内行星木卫为例,当木星在 3 月 4 日最接近地球时,它们可以通过双筒望远镜看到。它们的轨道以精确的 1:2:4 的节奏运行:当木卫一绕木星旋转四次时,木卫二旋转两次,木卫三旋转一次。这些卫星之间的引力相互作用产生了潮汐,在数十亿年的时间里将它们推入有序的轨道。

即使是行星也无法幸免于潮汐的无情作用。现在正迎来一年中最佳观测时机的水星,其自转周期为 58.6 天,绕太阳公转周期为 88 天。前者恰好是后者的三分之二,因此这颗行星在每次或每两次公转时都会向太阳和我们展示同一侧。天文学家反复看到相同的地貌,曾错误地推断是太阳的引力导致水星以相同的速率自转和公转,就像地球的引力使月球的一面始终朝向我们一样。1965 年的雷达测量揭示了水星真实的 2/3 自转模式,这是一种类似但不太完全的引力同步。

其他模式看起来更像是数学游戏,而非科学。一个精彩的例子是德国天文学家约翰·丹尼尔·提丢斯在 1766 年发现的。取序列 0、3、6、12、24、48、96,数字在零之后翻倍。将每个数字加 4,然后除以 10,得到 0.4、0.7、1、1.6、2.8、5.2、10。这个序列与行星的轨道间距(以地球到太阳的距离为单位)的倍数非常接近。水星的距离是 0.4 倍,金星是 0.7 倍,地球是 1 倍,火星是 1.6 倍,小行星带是 2.8 倍,木星是 5.2 倍,土星是 9.5 倍。现在认为这种匹配仅仅是巧合。

另一位德国天文学家约翰内斯·开普勒在他的数字推测中取得了更大的成功。他注意到任何行星到太阳的相对距离的立方等于其轨道周期的平方。例如,木星距离地球 5.2 倍。5.2 的立方是 140.6,这与木星 11.86 年的轨道周期的平方相同。

几十年后,艾萨克·牛顿表明,这种数学上的奇迹是引力随距离减小的作用方式的结果。牛顿的发现是一个真正的物理定律,是隐藏在现在如此醒目地排列在天上的相同天体中的固有数学和谐的迷人例子。

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