破解水星“百年剩余进动无法解释”难题

第一节 介绍水星的“百年剩余进动难题”

网友的看法:

1. 水星是距太阳最近的一颗行星。按照牛顿的引力理论，在太阳的引力作用下，水星的运动轨道将是一个封闭的椭圆形。但实际上水星的轨道并不是严格的椭圆，而是每转一圈它的长轴也略有转动。长轴的转动，就称为进动。水星的进动速率是每一百年1 33’20”。进动的原因是由于作用在水星上的力，除了太阳的引力（这是最主要的）外，还有其它各个行星的引力。后者很小，所以只引起缓慢的进动。天体力学家根据牛顿引力理论证明，由于地球参考系以及各行星引起的水星轨道的进动，总效果应当是1 32”37’/百年，而不是 1 33‘20“/百年。二者之差虽然很小，只有 43”/百年，但是已在观测精度不容许忽略的范围了。　

　 水星的进动是法国天文学家勒维耶发现的。他发现水星轨道的近日点有异常的进动，水星轨道每百年进动的实际值与按牛顿万有引力定律计算的进动值，两者每百年相差约38.3角秒。纽康计算的是43.37角秒/百年。

当时猜想可能在水星轨道内还有一颗尚未发现的行星，由于这颗行星的引力作用才使水星轨道呈一种花瓣状。有人还给那颗未知行星起名为“火神星”。从那以后的一百多年里，人们始终没有找到“火神星”。因此，水星近日点的反常进动成了一个令人困惑的难题。

在1916年，爱因斯坦发表了广义相对论，将水星的进动解释为太阳引力造成的时空弯曲效应。按说对一种观测现象提出解释是很正常的，但令人不解的是，人们竟然将水星的进动说成是广义相对论的三大验证之一。难道针对水星进动提出的解释还能用水星进动来验证吗？

还有一些人，连水星的进动是什么时间发现的都不知道，将水星的进动说成是广义相对论的三大预言之一。还有一些人，连水星每百年进动5600.7角秒都不知道，将水星的进动说成是每百年43角秒，也敢声称进行过精密计算。

2. 勒威耶计算出来的水星轨道每百年进动的实际值与按牛顿万有引力定律计算的进动值，两者每百年相差约38.3角秒，他利用了1661——1667年以来的观测资料。纽康计算的是43.37角秒/百年,他用的是1861年以后的观测资料。

不能因为勒威耶的数值是38.3角秒，和纽康计算的值不同，就说勒威耶计算错了。勒威耶计算的是对的，因为他利用的是1661到1667年的观测资料。

广义相对论计算出来的是43.03角秒/百年，于是纽康就成了坦翁的救命恩人。但是38.3角秒总是使他心神不安宁，因为38.3角秒完全否定了广义相对论。还有很多天文实事否定它。所以坦翁在1922年对兰佐说他的理论只不过是一个过渡，是短命的。这使兰佐大吃一惊，问他，他也不出声，只是闷闷不乐。就是38.3角秒使他伤心。还有恩克彗星的周期不断缩短更使他头痛，还有天王星，海王星的偏离，还有P-W彗星的近日点倒退都在与广义相对论唱反调……

天王星近日点进动的实测值却比广义相对论的计算值大1565倍。

近日点进动就是椭圆长轴绕焦点(太阳)转动，于是椭圆上的每一个点都在进动。自1781到1845的64年间，天王星的位置偏离了理论位置120角秒/64年(文献都记载的是天王星偏离理论位置2角分)。有人认为这一定是一个未知行星的摄动力使得天王星的运行产生了进动。于是勒威耶就以这120角秒为依据来计算未知行星的位置和质量等等。1846年，果然在勒威耶计算的位置偏离52角分的地方发现了一颗新的行星，这就是太阳系的第八大行星即海王星。但是它的质量只有勒威耶计算值的一半多一点（即实际质量只有0.62倍的计算质量）。天文学家们按海王星的实际质量和位置代入摄动方程，求出海王星对天王星的摄动力只能使天王星在1781到1845的64年间获得118角秒的进动，还有2角秒的进动找不到力学原因，可称之为反常进动：2角秒/64年，即0.0313角秒/年，3.13角秒/百年.。按广义相对论的爱因斯坦的进动公式

ω=24 ·π^3 · a^2 /［c^2 ·T^2 ·（1－e^2）］

其中a是轨道长半轴，T是公转周期，e是轨道偏心率，c是光速， ω是天体每转一周进动的弧度值，还应化为角秒。这样可以计算出：天王星近日点的剩余进动值是：0.002"/百年。天王星近日点剩余进动的实测值3.13角秒/百年，比广义相对论的计算值0.002"/百年 大1565倍。

3.还有使坦翁在九泉之下不得安宁的。

按广义相对论水星轨道是一条玫瑰线，300万年一周期，周而复始，永远不会变动。坦翁逝世后的十年——1965年，天文学家用雷达探测水星的自转周期是59天。原来一直以为是88天，并且水星轨道总是如此，不会变动，符合相对论。现在是59天，说明水星原来的轨道不是如此，只是在几亿年之前才进入这种轨道的，而坦翁认为它只是每百年有43秒的剩余进动，这是永远不会变的。实际上只是在几亿年之前才变成现在这样，这使得坦翁在九泉之下也心神不安。

以上是网友对水星进动的看法，我觉得非常有道理。下面是我对水星进动的看法:

水星的进动值是每百年5600.73角秒，根据牛顿的万有引力定律计算出来的数值是每百年5557.62角秒，还有每百年43.11角秒的进动无法解释。

爱因斯坦发明了一个公式，可以直接计算出行星的剩余进动值。爱因斯坦计算的水星每百年的剩余进动值是43.03角秒，虽然与43.11角秒很接近，但并不等于43.11角秒。最关键的是爱因斯坦无法给出他的公式推导中用到的原理，即无法证明他的公式的正确性。当用爱因斯坦的公式计算金星的进动值时，会出现非常大的偏差；计算地球的进动值时，也会出现大的偏差。所以爱因斯坦对水星剩余进动的解释是失败的。

勒威耶利计算的水星剩余进动值是38.3角秒/百年。纽康利计算的剩余进动值是43.37角秒/百年。他们计算的都是对的。因为水星近日点的进动值在一个不断变化的状态。

第二节 详解水星“百年剩余进动难题”

水星在围绕太阳公转的过程中，近日点并不是固定不变的。

在几十亿年的时间里，除水星外的七大行星及矮行星都围绕太阳公转，也可以看成是围绕水星转了一圈又一圈。在几十亿年的时间里，可以说，周围的七大行星及矮行星各自的速度都是稳定的，围绕水星转了无数圈，所以它们对水星产生的总角动量为0 。所以太阳系中除水星外的七大行星及矮行星等不会对水星产生摄动。

水星每个公转周期内近日点都会向前移动一段距离，说明水星的角动量每个周期内都会增加。影响水星角动量变化的原因只有一个，那就是太阳的角动量发生了变化。太阳围绕银河系中心公转，在太阳运行的过程中，太阳的运行路线并且是一条直线，实际是一条螺旋线。

简单的说，太阳的位置发生了变动，水星的近日点就会发生变动。金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星的近日点都会发生变动，即都会产生进动。

那进动的规律是什么呢？

由于无法得知太阳在一定的时间内角动量增加了多少，所以无法直接计算水星的进动值。但是太阳系内的八大行星及矮行星的运行却是有规律的。

行星的近日点，即是行星的飞行方向与行星、太阳连线成90º角的时候。

行星在公转时，当受到推力时，会产生加速度，运行的距离公式是：

S=（1/2） · a· t^2

当行星与太阳的距离扩大n倍后，需要进动的距离就扩大了n倍。

受到的加速度变为原来的1/n^2，

行星运动同样的距离，所用的时间是原来的n倍。

行星与太阳的距离扩大n倍后，需要进动的距离就扩大了n倍，所以行星进动需要的总时间是原来的n^2倍。

用需要进动的时间，乘以近日点的速度，得进动的距离，进动的距离除以公转的圆的周长，再乘以360º，等于进动的角度。

地球与太阳平均距离是1.4960 10^8 km，地球近日点与太阳的距离是1.47098074 10^8 km。

水星与太阳平均距离是0.5790905 10^8 km，水星近日点与太阳的距离是0.460012 10^8 km。

1.47098074 10^8 km （0.460012 10^8km）

=3.1977008

3.1977008 3.1977008 = 10.22529

S=（1/2） · a· t^2

地球受到的万有引力加速度是水星受到的万有引力加速度的 1/10.22529 。

如果是同样的距离，地球花费的时间 是水星花费时间的 10.22529 倍，即 3.1977008倍。

地球近日点与太阳的距离是水星近日点与太阳距离的3.1977008倍，进动经过的距离也是水星进动经过距离的3.1977008倍，所以在用的时间上再扩大3.1977008倍。

3.1977008 3.1977008 = 10.22529

所以，地球进动花费时间是水星进动花费时间的10.22529倍。

水星一年进动用时24.017201秒

24.017201 秒 （3.1977008） ^2 = 245.58285497秒

地球一年进动花费的时间是245.58285497 秒

八大行星进动规律：某M行星与太阳的距离是水星与太阳距离的n倍，则围绕太阳运动一圈的M行星进动所花费的时间是围绕太阳运行一圈的水星进动所花费时间的n^2倍。（水星一年内进动花费的时间是 24.017201 秒 。）

用进动花费的时间，乘以近日点的速度，得进动的距离，进动的距离除以公转的圆的周长，再乘以360º，等于进动的角度。

245.58285497 s 30.287km/s =

7437.967928km = 7437967.928m

公转周长 2π r=2 3.1414926 1470.98074 10^8 m

= 9242.444415 10^8 m

7437967.928m （9242.444415 10^8 m ）

= 804.761986 10^-8

= 8.04761986 10^-6

8.04761986 10^-6 （360 60 60）"

=10.429715" （地球一年的进动值 ）

地球近日点进动的观测值是每年11" 。

10.429715"与观测值十分接近。误差在允许的范围内。

所以这样解释是正确的。