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行星的發現史,離不開一個簡單的數列,每項給出一顆行星的軌道!

人類自從有了科學,這個強大的工具之後,小到細胞的增殖,再到海螺殼上的螺紋,大到天體的運行規律,人們都希望用數學去描述。


偶然的發現——提丟斯-波得定則

在1766年,一位德國中學教師——戴維·提丟斯,偶爾發現行星的一個規律,和幾何學符合得非常好,但當時並未引起人們的注意。

直到1772年,柏林天文台台長波得,把提丟斯的發現,歸納成一個數列,引起了人們的注意,現被稱之為「提丟斯-波得定則」:

…………

數列an:

0, 3, 6, 12, 24, 48……

(3之後,數字為前者2倍);

…………

數列bn:

0.4,0.7,1.0,1.6……

(an+4)/10;

…………

其中,把地球軌道半徑看成1,那麼數列bn,就和當時各行星的軌道半徑,符合得非常好,如下表:

在木星和火星之間,顯然存在一個空缺,人們相信這中間,肯定存在一顆未知的行星,並引起了天文學家的極大興趣。


意外的發現——天王星

對n=5對應的行星,科學家經過近十年的尋找,還是一無所獲。

但是在1781年3月,英國科學家威廉·赫歇爾,根據提丟斯-波得定則,在b8=19.6的位置,發現了天王星,而天王星的實際數據為19.2。

這一發現驚動了科學界,人們更加堅定地相信,那個缺失的n=5,肯定存在一顆未知的行星,再次激起了人們尋找的熱情。


三十年的尋找——穀神星

再次經過二十多年的尋找,終於在1801年1月1日,義大利神父皮亞齊,發現了位於木星和火星之間的一顆行星——穀神星。

穀神星的實際軌道半徑為2.77,提丟斯-波得定則給出的數據為2.8,這是一個非常不錯的估計。

後來,科學家在木星和火星間,發現了更多的小行星,這個區域現在稱之為小行星帶,而穀神星是其中最大一顆,不過只能算矮行星。

至此,人們發現的所有重要行星,都和提丟斯-波得定則吻合得非常好,但是誰也無法做出合理的解釋。


筆尖上行星——海王星

雖然早在1612年,大科學家伽利略,就意外觀察到了海王星,並做了記錄。

但伽利略把海王星錯誤地認為是一顆普通星星而非行星,加上條件限制,無法繼續追蹤海王星,所以沒有了後續記錄。

到了1821年,科學家根據天王星的軌道攝動現象,推測天王星外還存在一顆大天體。

又到了1845年,劍橋天文台台長約翰·柯西·亞當斯,用數學的方法,根據天王星的攝動規律,粗略推算出第八顆行星的軌道。

經過一番波折和多人的努力,科學家修正了推算數據後,於1846年7月,開始對第八顆行星進行定向搜尋。

2個月後,於9月23日,科學家終於目睹了這顆神秘的行星——海王星。


最後的發現——冥王星

冥王星的發現,也是得益於天王星和海王星的引力攝動現象,於1932年2月18日被發現,不過現在冥王星已經被降為矮行星。

對於太陽系內,所有行星對應的軌道,與提丟斯-波得定則的數據如下:

我們可以看到,後面兩顆行星的偏差比較大,甚至冥王星的軌道,更接近於第八個提丟斯-波得定則的預測。

截至目前,也沒有誰能對提丟斯-波得定則做出合理解釋,更多的人相信這是一種巧合,但是提丟斯-波得定則在歷史上,確實對天文發現起了指導作用。


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