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地球為什麼逐漸遠離太陽?

幾千年來,天空觀察者一直在試圖估算地日之間的距離。公元前3世紀,薩摩斯島上(Samos,希臘島嶼,位於愛琴海東部)的阿里斯塔克斯(Aristarchus)[1],他之所以聞名於世,是因為他是世界上第一位主張太陽系以太陽為中心的人。可是他所估計的地日之間的距離只有地月之間距離的20倍,離開正確的數據相差得太遠了。實際上地日之間的距離約為地月之間距離的400倍。

地球正以每年約為15厘米的速率離開太陽,其「罪魁禍首」可能是地球在太陽上所引起的潮汐漲落。

到20世紀末,天文學家已比較準確地掌握了長度的基本宇宙度量單位——天文單位[2]。事實上,科學家利用太陽系各個天體上反射回來的雷達波束,並通過跟蹤在行星之間飛行的航天器,太陽與地球之間的距離已經被準確地測定了,目前的數值是149597870.696公里。

俄羅斯動力學家A?格蕾戈麗亞(A. Krasinsky)和維克托A?布倫伯格(Victor A. Brumberg)以這個精確的數值作為基礎,在2004年就推算出了地球正在逐漸離開太陽的結果,儘管其速度不是很快,一年只有15厘米。但由於這個數據已經達到了測量誤差的100倍,因此其中必然隱藏著某種因素正在把地球推向外邊,究竟是什麼原因呢?

一種設想是由於太陽內部的核聚變和太陽風,使它失去了充分多的質量而逐漸減小了它對地球的引力控制(參閱《天文單位可能需要重新定義》一文,Astronomical unit may need to be redefined)。其他可能的解釋還有引力常數G的變化、宇宙膨脹甚至暗物質的影響等,可是沒有那一種說法能使人滿意。

然而,日本弘前大學的三浦小島和他的三名同事們卻認為他們已經找到了問題的答案。在一篇他們提交給歐洲雜誌《天文與天體物理學》的論文中,他們認為,太陽和地球確確實實地是在相互推動而把距離逐漸拉開,他們認為,這是由於地日之間潮汐的相互作用。

月球的運行軌道逐步遠離地球也是這個道理:月球引起了地球海洋的潮汐,逐漸把地球的旋轉能量轉移給月亮的運動。因此,月球繞地球的軌道每年向外擴展了約為4厘米,而地球的自轉周期卻減慢了0.000017秒。

三浦的研究小組同樣地認為,地球的質量也正在引起和維持了太陽上的微小「潮汐」漲落。他們計算出,由於地球對太陽的作用,太陽的自轉周期每個世紀放慢了3毫秒(即相當於每年0.00003秒)。根據他們的解釋,地球與太陽之間的距離之所以逐年增加是因為太陽正在不斷地失去它的角動量。

注釋:

[1]Aristarchus of Samos,公元前310~230,希臘天文學家

[2]天文單位(英文:Astronomical Unit,簡寫AU)是一個長度的單位,約等於地球跟太陽的平均距離。但實際上地球繞日的軌道不是一個正圓,而是一個橢圓:最初天文單位的定義就是上述橢圓的半長軸的長度。1976年,國際天文學聯會把1天文單位定義為一顆質量可忽略、公轉軌道不受干擾而且公轉周期為365.2568983日(即1高斯年)的粒子與一個質量相等約一個太陽的物體的距離。

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