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水星軌道異常困擾天文學家多年,直到愛因斯坦才成功給出解釋

水星軌道異常困擾天文學家多年,直到愛因斯坦才成功給出解釋

水星以其灼熱的表面而聞名。它面向太陽的一面非常熾熱,赤道區域溫度高達427 ℃,其表面沒有空氣,因為如果有任何大氣的存在,都會被太陽風吹走。這並不奇怪,因為它是離太陽最近的行星。

但是具體有多近呢?平均來說:略大於地球和太陽之間距離的三分之一。然而,它的軌道偏心率也是太陽系的行星中最大的。此外,它的軌道受到擾動,直到20世紀之前還未被完全理解。正因為如此,水星在其軌道周期中經歷了一些顯著的變化。

近日點和遠日點

水星繞太陽公轉的平均距離為57,909,050公里。然而,由於它的偏心率達到0.205——在八大行星中最高,所以它與太陽的距離變化很大。當它在近日點時,距太陽僅46,001,200公里;而在遠日點時,距離太陽69,816,900公里。

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軌道共振

科學家曾一度認為水星是潮汐鎖定的天體,意思就是它的一面總是朝向太陽。但是現在已經發現,該行星實際上具有58.646天的緩慢旋轉周期。與其軌道周期88天相比,水星的自旋軌道共振為3:2。也就是說,水星每完成兩次公轉,自身才自轉三周!

這個現象的一個後果就是,水星繞其軸自轉一周的時間(恆星日)和太陽重新出現在天空中的相同位置所需時間(太陽日),存在顯著差異。在水星上,太陽升起、落下、並返回到天空的同一個地方,需要176天。這意味著水星上的一天持續長達兩年!

水星的緩慢自轉還意味著它的溫度變化非常極端。在朝陽一側,赤道地區的溫度可達427 ℃,北極地區附近的溫度可達107 ℃。而在背陽的一側,赤道區域的溫度低至-173 ℃,北極地區附近則為-193 ℃。

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近日點進動

除了偏心率,水星的近日點還受進動影響。天文學家發現,水星軌道的近日點不是固定的,而是在不斷移動,這就是進動現象。在一個世紀的過程中,水星圍繞太陽的軌道進動42.98角秒。也就是說,在水星完成1200萬周公轉之後,它才會完成繞太陽的多餘旋轉,並返回到它開始的地方。因此,水星的軌道看起來像是花瓣一樣的曲線,而非嚴格的橢圓曲線。

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水星近日點進動

這遠遠大於其他太陽系行星的近日點進動:金星為8.62角秒、地球為3.84角秒,火星為1.35角秒。直到20世紀初,這仍然是一個謎,因為牛頓力學無法解釋它。最終,愛因斯坦的廣義相對論成功給出了解釋。事實上,水星近日點進動是廣義相對論的三大天文驗證之一。

有沒有覺得水星和太陽很般配呢?就像是手拉手跳舞一樣——不過這個舞蹈非常強有力,並且動作幅度比較大!

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