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地球轨道

地球轨道(Earths orbit)是指地球围绕太阳运行的路径,大体呈偏心率很小的椭圆,其半长轴(a)1.496×108千米;半短轴(b)1.4958×108千米;半焦距(c)25×105千米;周长(l)9.4×108千米。地球椭圆轨道的偏心率(e)和扁率(f)分别为(1/60或0.016和1/7000),太阳即位于该椭圆的一个焦点上。地球到太阳的距离变化在1.471×108~1.521×108千米之间,平均距离为1.496×108千米。地球轨道所在的平面,就是黄道面。

平均轨道半径 384,400千米

轨道偏心率 0.0549

近地点距离 363,300千米

远地点距离 405,500千米

平均公转周期 27天7小时43分11.559秒

平均公转速度 1.023千米/秒

轨道倾角 在28.58°与18.28°之间变化

(与黄道面的交角为5.145°)

升交点赤经125.08°

近地点辐角 318.15°

默冬章 (repeat phase/day) 19 年

平均月地距离 ~384 400 千米

交点退行周期 18.61 年

近地点运动周期 8.85 年

食年 346.6 天

沙罗周期(repeat eclipses) 18 年 10/11 天

轨道与黄道的平均倾角 5°9'

月球赤道与黄道的平均倾角 1°32'

地球的太阳的引潮力的作用,地球公转所具有的动能将会逐渐转化为潮汐能。从一个长远的期限来看,地球会逐渐远离太阳,不过这个速度会非常小。还有一个更小的因素,那就是宇宙的膨胀,但是在这个阶段,宇宙膨胀起的作用更加小,和上面那个已经很小的数字相比还是忽略不计。这两个因素的作用都是长期作用,可能从今天这个短时间的范围来看,这两个因素所起的作用还没有一个微小的流星体(就是一颗流星啦)撞击地球所起的作用大。 不过,最多几十亿年地球轨道在这之中变化不会太大,但是会有的,而且会影响气候变化。

因为椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中,原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动,才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。

首先:正圆轨道也是椭圆轨道的一种,只不过是特殊的椭圆轨道。

如果要地球完全按照正圆轨道运转条件是十分苛刻的,首先就必须让太阳的其他行星消失,接着离太阳比较近的恒星也必须消失,否则他们就会对地球产生影响导致地球运转轨道的改变。

地球绕太阳公转,在给定的能量的条件下,可能的轨道有无数条,圆轨道只是其中的一条而已。如果想要地球按正圆轨道运行,地球的能量,动量要满足一定条件。就是任一时刻,地球的动能Ek和势能Ep的关系满足 Ek = -Ep/2。或者说当 Ek = -Ep/2时,地球运动方向垂直于日地连线。这个条件非常苛刻,即便是地球在正圆轨道上运行,一点微小的扰动都可以改变这种状态,使得地球在新的椭圆轨道上运行。

地球自正在离太阳远去?而且原因还不明确!另外,银河比我们想象的要大!最起码是现在认知的十倍大小!

西班牙《趣味》月刊去年曾刊登《对不上的碎片》一文,作者为米格尔安赫尔萨巴代尔。文章称,科学界有人对寻找暗物质或暗能量这些幽灵实体的行为提出批评,但如果不假设这些幽灵实体的存在,广义相对论就解释不通。或许应该修改甚至使用新的引力理论来替换爱因斯坦的广义相对论。

广义相对论和量子力学是宇宙论的核心学说,被视为现代物理学的两大支柱。事实上,最近几十年专家的大部分努力都集中在将两种理论合二为一上。因为爱因斯坦的精妙理论在原子领域说不通,如果要在原子领域实行广义相对论,就必须把它量子化,但目前科学家还做不到这一点,阿根廷物理学家胡安马丁马尔达塞纳总结说,“这两大理论并不非常吻合”。

文章称,虽然有这种不合,但是广义相对论在描述大尺度的引力活动时是相当准确的。虽然爱因斯坦的所有预言已经得到了实验证明,但还有一些细节似乎与理论并不相符。

月亮的某些活动显示了这种不相符。2006年,美国喷气推进实验室(JPL)研究员詹姆斯G。威廉斯在对地月距离进行38年的测量后,发现地月之间最远点和最近点之间的差距每年增长6毫米。即使考虑可能导致这种现象的各种因素,例如地球和月亮内部的潮汐摩擦,也无法破解这个谜团。

地球和太阳之间的距离在加大,原因不明

文章称,当天文学家确定天文单位(UA)的值时,发生了类似的事情。天文单位是长度单位,约等于地球跟太阳的平均距离,误差范围在1米到10米之间,因此我们可以用一个确切的12位数来确定它的数值(1UA=149,597,870,700米)。然而JPL研究员厄兰迈尔斯斯坦迪什在2004年指出,UA似乎随着时间在增长。同一年,圣彼得堡应用天文学研究所的两位科学家查看了20万多份观察资料,发现看似稳定不变的UA每100年增加15米。2005年俄罗斯科学院科研人员叶连娜皮季耶娃公布了一份更为详细的分析,内容包括从1913年到2003年的31.7万份记录,结果显示UA距离每一个世纪拉伸7米左右。

所有这些研究工作令太阳系中的一个不解之谜变得更加神秘。90年代末期,一群科学家查看了“先驱者”10号探测器在11年内以及“先驱者”11号探测器在4年内收集到的数据。发现探测器的飞行速度有微弱但是持久的减退:在1998年,10号探测器的距离比预定地点近5.8万公里,11号探测器近了6千公里。与探测器跟我们相距105亿公里的距离比起来,这些差距微不足道,但是飞行器是不应该出现这种偏差的。是什么阻止了“先驱者”探测器的前进呢?

文章称,奇怪之处不止于此。2008年,JPL的科研人员宣布,他们发现6艘飞往其他星球的飞船在借助地球引力场飞近地球时,其轨道能源出现了偏差,令它们的速度比设定速度加大了一点点。可能导致这种意外加速的因素,例如地球大气层、潮汐、探测器负重、磁场、太阳风等,它们的力量都比这种加速需要的力量小1千倍。这些奇怪的现象是否说明我们关于引力的理论其中有些点说不通呢?

广义相对论在科学界的地位是如此坚实,大部分科学家都不觉得它需要修改。然而也有些人认为它有需要修改之处。最重要的是要增加关于暗物质的描述。1933年天文学家弗里茨兹维基猜测可能会有暗物质的存在,他发现后发星座和处女座星团的移动速度非常之高,如果外表可看见的就是它们的全部质量,那么它们早就应该消散在太空。兹维基认为,唯一的解释是存在望远镜看不到的物质。兹维基称之为消失的质量,这种质量再没有出现在天文学中,直到1977年。

银河质量比看起来要大10倍

1977年,天文学家薇拉鲁宾发现在银河系等螺旋星系边缘地带的星体的运动速度并不像理论所预测的那样,因为根据广义相对论,恒星离星系中心越远,其运动速度应该越慢,但是螺旋星系外侧的恒星运动的速度却与其他恒星一样。而这样的速度,需要有更大得多的质量聚集在星体或者星云上。例如如果是银河系的话,它的质量应该是现在的10倍。

文章称,一种可能是,假设存在那些大量的无法检测到的物质,它既不吸收也不发射能量。另一种可能是承认我们的引力理论不够完善,因此应该修改爱因斯坦和牛顿的理论。这两种选择都很极端:一个是我们假设引力在宇宙范围不像我们想象的那样运行,另一个是我们假设宇宙中存在我们对其一无所知的幽灵实体。如果是后一种假设,天体物理学需要我们展开诚意的、真正的行动。

加拿大多伦多大学物理学家约翰W。莫法特解释说,“暗物质在宇宙初始阶段没有发挥任何作用”,“然后宇宙开始膨胀,宇宙大爆炸40万年后,事情起了变化。如果我们假设重子物质(即普通物质)是宇宙中唯一的物质,那近期的所有数据就都解释不通,当前的标准模式应该引入其他物质,这样爱因斯坦的引力论才能符合数据”。根据这位引力专家,“寻找暗物质或将成为最大的徒劳无功的实验,无论是诺贝尔奖得主艾伯特亚伯拉罕米切尔森还是物理化学家爱德华莫利,在19世纪末期都没有发现能媒”。

虽然很少,但在1997年,人们发现,宇宙在加速膨胀,这在广义相对论中是不可能的,一定是有因素在推动。于是诞生了一个比暗物质更加奇怪的概念。我们谈论的是一种谁也不太了解的具有推动作用的物质,它被称之为暗能量。日内瓦大学的马丁孔茨和多梅尼科萨波内教授认为,问题在于我们无法通过实验区分,这到底是一种现象还是一种修改后的引力理论。

引力极弱地区的定律

德国波恩大学教授贝努瓦法马伊也认为,必须对引力论做一些修改。“暗物质似乎懂得如何与普通物质搭配。无论我们观察什么星系,可见物质的重力和暗物质辐射的比例都是一样的,就像两者商量好了一样。这让人诧异,因为我们原本以为两者之间的关系取决于每个星系的特殊历史”。

1983年,以色列物理学家莫尔德艾米尔格龙公布了一个模型,根据该模型,引力在物质厚度极其稀薄的地方作用方式不同。因此,就像牛顿的理论在强烈的引力场不适用一样,爱因斯坦的引力论在这些地区也应该被替换,或许需要为引力极弱地区提出一个新的定律。这个模型虽然得到了一些拥护者,但是所谓的修正牛顿动力学说还是面对重大障碍,无论从理论上还是实验上皆是如此,因为它并不非常符合对银河星团X射线的最新观察结果。

一个可能性更大的替代理论是上文的物理学家约翰W莫法特提出的经过修改的引力论。该理论的核心内容是比较电磁场和引力场的方程式。结果并不为大家所乐见,一方面它提出了一种未知力量,另一方面它认为著名的常数--重力实际上并不是一个常数,光速也不是,但重力与光速的商确实是不变的。最后,时间会告诉我们,哪一种理论才是真理。 [1]

最早古希腊的阿利斯塔克斯通过测量月食时掠过月面的地影与月球的相对大小,利用几何学方法,算出以地球直径为单位的地球至月球的距离。后来古希腊的依巴谷利用同样的方法得出地球到月球距离是地球直径的30倍,而古埃及的埃拉托塞尼根据不同纬度间夏至时正午影子的夹角变化和不同纬度的距离,测算出了地球子午线的长度,这样,综合起来,依巴谷就得出了地月距离。再利用三角函数,就得出了日地距离。

人类历史上许多未解之谜,像史前文明的形成、断裂,大洪水的发生,十日并出,太阳消失,这一切都是月亮造成的!大约在15000多年以前,一艘来自宇宙深处的外星人飞船月亮宇宙飞船,突然拐了一个弯,驶进了太阳系,并降临地球近地轨道,悬浮在中国西北部地区的上空,低得仿佛一踮脚就可以摸得着,传说中的“神”驾临了地球。这不是科幻,而是事实。在中国西南瑶族地区,有一则古老的传说:在远古的时代,天上只有太阳和星星,却看不见月亮,当夜晚降临,大地上就被恐惧笼罩。有一天晚上,天空中突然出现了一个热烘烘、七棱八角的大山一样的东西,它不圆不方,像一块巨大的石头,放射着毒热的光芒。瑶族人的这则传说讲的就是月亮的来由,月亮是在某一天突然出现在地球上空的,当时已经有了人类。瑶族的这则传说有几分可信程度呢?

在古代,人们观察月亮都是用目光,所以,根本看不清月亮的构造,只知道月亮上有些地方明亮,有些地方昏暗。1609年,当伽利略发明了天文望远镜后,人类才清楚知道了月表地形的构成:月亮上并不是平坦的,它表面有环形山,山脉,月海。

在哥伦比亚的印第安人的部落里,也有一则类似的传说,在远古的时候,天上没有月亮,人类一到晚上都很害怕。有一位酋长决定牺牲自己,给大家带来光明。于是,他站在高高的山顶上,向空中飞去,越飞越高,最后变成了月亮。生活在非洲南部的布曼族的神话也证明,在远古的时候,天空中根本没有月亮。

世界上有一个著名的谜案,那就是美洲玛雅文化的突然消失问题。他们虽然莫名其妙地消失在空气里,但却留下了极为发达的文化,尤其是他们的星算历法,堪称世界一绝。在他们留下的、始于大洪水之前的《编年史》中,人们奇怪地发现,里面竟然没有关于月亮的记载,这对于一个天文学高度发达的民族来说,简直是不可思议的。结论只能有一个:在大洪水之前,天空中根本没有叫月亮的东西。

在希腊南部的伯罗奔尼撒,曾存在一个叫阿尔卡获亚的古老国家,据当地人传说,阿尔卡获亚人在大洪水之前,从来不知道什么叫忧虑和悲伤,当时只有太阳,没有月亮,月亮是大洪水以后出现的。

距今大约4000年前左右,亚里山大里亚大图书馆的第一位馆长在他留下的文献中这样写到:“古时,地球的天空中看不到月亮。”他在写这份文献时,曾参照了很多远古时遗留下来的手稿和抄本,可遗憾的是,这些文献后来统统被毁,我们已经不可能知道他写下这话时所依据的上古文献究竟是什么。古希腊的数学家、天文学家阿纳克萨哥拉斯,也根据当时的一些资料说过,月亮在天空中出现是很晚以后的事情了,在人类的早期天空中没有月亮。

科学家设想用超级太阳帆改变地球轨道

在大约50亿年左右,太阳将开始慢慢转变成一颗膨胀的红巨星。它的外层气体将会不断膨胀,从现在开始算起的70亿年后,它的体积和亮度达到最大值,届时,太阳将会吞没整个地球。我们地球人如何避免被太阳烤焦的命运?

但是在这之前的11亿年内,太阳的亮度将增加11%,陆地温度平均上升到大约50摄氏度(120华氏度)。海洋受热升温,海洋水会像放在阳光充足的厨房灶台上的一锅水,在没有沸腾的情况下慢慢被蒸发掉。植物和动物将很难适应这种温室环境,不过一些被称作古生菌的单细胞有机体将会幸存下来。

但是稍后不久,一旦水蒸汽进入大气层,太阳发出的紫外线将导致水分子分裂,构成生命细胞所需的氢将会慢慢泄漏到太空中。如果我们的后代或者我们之后的其他智能生命形式想幸存下来,他们必须移居到其他地方。但是他们要移民到哪里呢?而且怎样才能移居到那里呢?

一种可能的方法将是利用火箭移居到其他行星上。然而要运走67亿人,大约相当于要发射10亿架航天飞机。即使我们能在一天内发射1000架航天飞机,也需要2700年才能将所有地球上的人送走。人们到达新驻地后,生活方面又会遇到麻烦。移居到其他行星需要将这些行星地球化,才能为地球移民提供生活所需的食品、水和氧气。既然如此,我们为什么不能和地球一起移民呢?

卫星跟踪系统上录入了地球轨道上700个卫星的数据,基本物理学告诉我们,我们实际上是可以移动行星的。将一枚火箭发射到太空时,它产生的反冲力会把地球推向相反方向,尽管推动的距离微乎其微,这就像开枪后枪要后挫一样。

科幻作家和训练有素的物理学家斯坦利施密特在他的小说《罪恶之父》中就采用了这个事实。这部小说描写了外星人在地球南极安装了巨大的火箭引擎,用来推动地球。然而现实生活中的地球非常庞大,一枚火箭几乎对它的运动没有任何影响。向正确方向发射10亿枚10吨的火箭,仅有可能将地球每秒的速度改变20纳米。

一些天文学家已经开始着手解决移动行星的问题,不过这并不是为了处理人类时段内发生的紧急事件。圣克鲁兹加州大学的格雷格劳林表示,实际上他们正在设计试验,通过这项试验理解行星系动力学。

劳林和他的同事丹柯里肯斯基,以及密歇根大学的天文学家佛瑞德亚当为了了解行星系统如何重新自行排列,他们开始着手解决如何推动地球,以便不让不断升温的太阳把它“蒸熟”的问题。

为了达到预期的目的,他们三人选择地球的最终目的地作为一个轨道,这条轨道与太阳的距离是地球现在的轨道与太阳之间的距离的1.5倍,相当于火星轨道。在63亿年内,当太阳进入红巨星阶段,它的亮度将是2.2倍,那时距离太阳那么远的行星获得的阳光大约跟地球现在获得的阳光一样。他们表示,通过改变遥远太阳系的冰体的轨道,让它们从地球附近经过,将它们的一些轨道能量转移给地球,可以实现推动地球的目的。

位于海王星外的冰体环内的天体被称作柯伊伯带(Kuiper Belt),更远处一个由彗星构成的球状云团叫做奥尔特云(Oort cloud?)。因为它们远离太阳,这些天体具有相对较低的轨道能量,因此可以利用专门用于偏转靠近地球的小行星的方法推动它们。这些方法从轻微的引力拖拽,到利用大型推进器猛推,可谓五花八门,应有尽有。

德国艺术家劳希曼2005年成立“跳地球”站点,发起“跳地球日” (WorldJumpDay),号召西半球民众2006年7月20日格林威治11时39分13秒(台北时间7月20日19时39分13秒)一齐往空中一跳,说只要有六亿人同时这么一跳,将能改变地球在宇宙里的位置,亦即使地球改变轨道,退出太阳一点,从而“停止全球暖化、延长白天时数,创造更适合人居的气候”。

劳希曼当初向科学家和部落格提出“跳地球日”,只当朋友圈里说说,结果消息传开,变成全球话题,好奇、好玩、好事的人纷纷上网,站点挤爆好几次。齐跳日转眼就到,已达598,104,080人登记参加,已近全球上网人数的一半。该站点声称20日达到六亿人没的说。

六亿人同步一跳,把地球离轨道,属于一种“地球工程”(geoengineering),用意不错,但问题很多,难以当真。从道德层面看,谁能承担地球轨道改变的后果?有人说,地球走上新轨道,日历不是要改写吗?也有人说,谁能保证这么多人真的同一秒起跳?

但真正的问题是,这么一跳真的有用吗?根据专门讨论怪点子的“疯狂物理学”。假定每人体重一百公斤,六亿人就是将10先11平方,再乘6,他们齐跳产生的动能相当于7.5兆焦耳(TJ),等于一百万吨黄色炸药(相当于一枚现代氢弹)所释能量的2%,造成的地球移位只有一个氢原子半径,亦即地球轨道不变。

天体正悄无声息地向地球轨道飞驰而来

英国广播公司(BBC)报导,科学家计算,地球再远离太阳2.4公里,就能抵消大气里二氧化碳增加两倍之害,但这需要用数百万枚氢弹来炸地球。到时地球还在吗?

人定胜天的想法自古从没断过,例如人类从来就想控制或改变气候,用温室废气把生活环境搞砸后,此念益切。救地球有治本,有治标,治本是迅速减少或根本停止排放温室废气,看当前人类的表现,大不易。

治标即“地球工程”,例如取法火山爆发,把无数硫化小球(sulphurpellet)射到空中,增加把太阳光挡回去的反射力,但硫化物会破坏臭氧层,暖化问题解决,人类也死光了。

美国国家科学院知道,让5万5000面镜子进入轨道,把太阳光反射掉,能抵消二氧化碳加倍的效应,但每镜子必须有一百平方公里大,不可行。看来,“地球工程”说易行难,还是想法治本吧。


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