两百年来，被物理学遗忘的天体运行规律

小时候，我一直很好奇：两个天体之间的距离那么远，比如地球与太阳之间的距离有1.5亿公里，太阳与银河系中心超大质量黑洞之间的距离有24.14万亿亿公里，在这么远的距离下，它们之间相互作用的引力是如何使它们互相拽住的呢？黑洞的引力无比巨大，大到连光都无法逃脱黑洞的引力，然而是什么可以让引力从黑洞中传递出来的呢？

用辩证唯物主义的思维来看，我不能相信在这么远的距离下，两个天体能够隔空、瞬间、没有延时的产生引力作用。

引力应该是通过某种媒介粒子传递的力，这种媒介粒子大致均匀地分布在整个宇宙中，保证了引力可以传递到宇宙的每个角落。时至今日，我们知道已经有科学家提出了类似的想法、设想，例如：暗物质、引力子、中微子等等，我所描述的媒介粒子暂用一下“引力子”这个名称。

引力是天体为中心起点，通过引力子接力传递的方式向外传递的力。每一份引力以一个球面自中心向外扩散，扩散越远，球表面积越大，球表面空间位置上均匀分布的引力子就越多，每一份引力平均分配到该球面的引力子时，引力就越小。

根据球表面积公示（S=4*pai*r^2）可知，以天体为圆心，天体周围不同半径的球表面空间位置上均匀分布引力子的数量与半径的平方成正比。那么，一份引力平均分配到该数量的引力子时，就会有：单位引力子获得的引力与半径的平方成反比。这正好符合牛顿万有引力公示（F=G*m1*m2/r^2）中的引力与半径的平方成反比的规律。

引力以光速向前传播，引力的传播速度就是30万公里／秒，原子与原子之间的距离约为0.1纳米，那么通过计算我们可以得知：两个原子或者引力子之间传递一份引力需要的时间大约是300亿亿分之一秒。由此可见，引力子是以300亿亿分之一秒的频率在振动，每一次振动就是传递一份引力。

所以，引力是以天体为中心起点，通过引力子接力传递的方式，以频率为300亿亿分之一秒的球形的波的形式向外传递的力。如图1所示。

以上是基础概念框架，接下来阐述一下天体的运行规律：

1、太阳系里的所有行星为什么都会在同一水平面轨道运行？

众所周知，太阳是围绕着银心做公转运动的，那么，太阳与银心之间必定建立了“引力连接”，也就是银心发出的引力传递到了太阳，同样，太阳发出的引力也传递到了银心，前者起主要作用。

与此同时，当行星（比如地球）绕太阳公转时，当它飞到太阳与银心中间时，地球就处于两者引力连接的路径上了，银心对太阳的引力中的一小部分会被地球“截胡”，银心的引力会穿过地球，对地球产生引力。

如图2所示，如果地球不是在两者之间的水平面公转轨道上，那么，地球在受到太阳引力与自身公转运动产生的离心力保持平衡的基础上，同时还会受到一个作用力相对较大的银心的斜向拉力。

日复一日，年复一年，一亿年后，十亿年后，地球就被拉拽到太阳与银心中间的水平面轨道上了。同理，其他所有行星：金星、水星、土星、木星等等，也都会被银心的引力拉拽到这同一水平面轨道上，这就形成了太阳系里的所有行星都在同一水平面轨道上围绕太阳公转的情形。

由此还可以预测一下：现在，银河系已经是盘状了，再过一百亿年，银河系里的所有恒星系最终也都会在同一水平面轨道上围绕银心公转。

2、地球为什么会自转？

首先，我们假设只考虑太阳的公转运动，不考虑地球的公转运动和银心的移动。

我们知道太阳与地球的距离是1.5亿公里，太阳发出的光需要8分20秒才能到达地球，引力的传播速度是光速，那么太阳发出的引力传递到地球也需要8分20秒。

太阳以220公里／秒的速度绕银心公转，在某一时刻，太阳发出了一份引力，当这份引力到达地球时，太阳已经向前飞行了8分多钟，大约11000公里。也就是说，地球一直在围绕着太阳身后的“影子”旋转，如图3所示。

同理，在某一时刻，正在穿过地球的每一道太阳球面引力是运动中的、不同空间位置的太阳发出的引力。

如图4所示，这些球面弧线引力产生了一定的偏转角度，我们可以清楚地看到地球所受到的太阳引力，在太阳公转运动前进方向显得更加密集。也就是，在一秒钟内，地球北半球的每一个原子接受的引力传递超过300亿亿次，而在南半球则是小于300亿亿次，太阳对地球的引力产生了前高后低（相对于太阳前进方向）的差别。

地球在北半球和南半球受到这两种不同大小的太阳引力以自身公转运动产生的离心力为支点相互抵消后，剩余的太阳引力差作用于北半球，方向指向太阳，那么地球自然而然地开始转动了，自转轴相对于太阳公转轨道平面的倾斜角为90度。

其次，我们假设只考虑地球的公转运动，不考虑太阳的公转运动和银心的移动。

地球是以30公里／秒的速度绕着太阳做公转运动，那么，太阳发出的每一道球面引力穿过地球时，它并不是均匀的穿过地球，而是穿过了不同空间位置上的地球。

如图6所示，不同空间位置地球上的同一道太阳球面引力产生了一定的偏转角度。

同理，太阳发出的每一道球面引力穿过地球时，都会产生一定的偏转角度，我们可以清楚地看到太阳对地球的引力，在地球公转运动前进方向显得更加密集，产生了前高后低（相对于地球前进方向）的差别。

地球在前半球和后半球受到这两个不同大小的太阳引力以自身公转运动变身的离心力为支点相互抵消后，剩余的太阳引力差作用于前半球，方向指向太阳。那么，地球必然会缓缓地开始转动了，自转方向为自西向东，自转轴相对于地球公转轨道平面的倾斜角为90度，也就是地球赤道平面与公转轨道平面的夹角为零度。

3、地球自转的倾斜角为什么会有23.45度？

前面我们讲述了，在地球上相隔90度的北半球和前半球受到两个方向相同的太阳引力差。

其中，太阳公转所对应的作用于北半球的太阳引力差应当忽略不计。原因是：地球公转轨道虽是椭圆，但偏心率很小，仅为0.0017，接近于圆形。

如图8所示，地球公转一圈后，处在轨道对角位置时所受到的太阳引力差的大小几乎相同、方向正好相反，这一引力差对地球自转运动的影响自我抵消，所以忽略不计。

另外，银心带着整个银河系（包括太阳系）向前移动所对应的太阳引力差也应到忽略不计。

原因是：如图9所示，太阳对地球的引力差大小与角a成正比，角a与太阳（银心）的移动速度成正比。

如图10所示，银心的移动速度约为650公里／秒，地球的公转速度仅有30公里／秒，那么当地球处于太阳与银心中间的半边轨道时，相对速度平均值为635（650-30/2）公里／秒，当处于外侧的半边轨道时， 相对速度平均值为665（650+30/2）公里／秒。

这两个速度非常接近，比值为0.95:1，仅仅相差5%，他们各自对应的太阳引力差的大小近乎相等、方向则是相反，这一引力差对地球自转运动的影响自我抵消，所以忽略不计。

现在影响地球自转的主要因素只有地球公转所对应的太阳引力差，根据前面讲述的内容，这一引力差所形成的地球自转倾斜角为90度，也就是地球赤道平面与公转轨道平面的夹角为零度。那么，现如今地球自转为什么会有23.45度呢？

在遥远的宇宙发展初期，星云、气体、尘埃逐步聚集，形成大量天体，地球母亲诞生，在巨大引力源的作用下，地球漂泊于茫茫宇宙之中。恰逢其时，与太阳相遇，并被太阳深深的吸引力所捕获，地球开始围绕太阳公转。

地球刚开始绕太阳公转的轨道平面相对于太阳与银心之间的水平面公转轨道具有一定的倾斜角度，应该是稍大于23.45度。随着时间的流逝，地球受太阳引力差的影响而逐渐形成了自转，自转方向自西向东，自转轴倾斜角为90度，也就是赤道平面与轨道平面的夹角为零度。

又经过了漫长的岁月，因地球受到银心斜向拉力的作用，地球公转轨道逐渐趋于了太阳与银心之间的水平面公转轨道上了。与此同时，地球保留了先前形成的自转方向和自转角度，所以就形成了今天的地球自转时，赤道平面与公转轨道平面的夹角具有23.45度。

4、地球自转的速度为什么能稳定在一圈24小时？

根据牛顿第二定律（F=ma）可知：当一个物体被施加一个力时，该物体就会产生一个加速度。那么，地球的前半球被太阳施加了一个引力差时，地球就有了一个自转的加速度，在没有阻力的情况下，它将无限地加速自转。但是，我们现在观测到的地球自转速度却是稳定的，没有呈现出加速趋势，无论是十年前、还是百年前，地球自转的速度与今天相比，都没有稳步加速的迹象，这是什么原因呢？

地球表面包裹着一层厚厚的大气层，当地球的前半球受到太阳的引力差时，地球的固体部分自然就开始加速转动，然而，地表的大气层则不会像固体部分一样以自转轴为轴心整体加速转动。因为它具有流动性，没有固定的形态，所以地球表面的空气受到太阳的前高后低的引力时，会自由地流动，而不会以一个整体环绕地球加速转动。空气的温度、湿度、气压、随地球自转的离心力的影响远远大于太阳引力差的影响。

所以，地球的固体部分受到太阳引力差而要加速转动时，它遇到的阻力会越来越大，地球表面的高山、森林都在不断地撞击大气层，就好比汽车的速度越快，阻力就越大，地球自转的加速度会被抵消。

另外，地球表面有着覆盖率达71%的液态水，它同大气层一样，也不会因太阳引力差而以自转轴为轴心整体加速转动，而是被重力吸附在地球表面的低洼处区域。那么，地球的固体部分想要加速转动，海岸、海底的山丘、海沟都会持续地撞击海水，海水的密度比空气大，阻力也更大。

因此，地球自转经过了千万年、数亿年时间的加速后，现如今已经处于一个相对平衡的状态了，所以地球自转的速度会稳定在一圈24小时。

以上内容纯属个人理解，望多指教！

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作者：沈海华

日期：2021年12月12日