两百多年前,天文学家们发现了一个奇妙的现象:太阳系内几大行星之间的距离,似乎存在着某种规律,这个规律之奇妙,简直像是被宇宙的上位设计好的。

从此,科学家们开始在木星和火星之间,走上了一条“寻星之路”,然而,他们却未曾预料到这是一条死路……

八大行星间距是被设计好的吗?

时间回到18世纪,对于太阳系的了解,科学家们的发现已经有相当的深度了。尤其是当时已知的各大行星间的距离,也已形成了具体的数值。

而就是各大行星到太阳的距离,让一位叫戴维·提丢斯的教授发现了其中的规律。

以天文单位,也就是太阳到地球之间的平均距离来计算,每个后继数为前一个数值的2倍,每个数值加上4再除以10,得到的数值就是各行星到太阳的平均间距。当然,这个数值不是绝对精准,而是近似。

提丢斯先是发现了这一规律,而且在先期的计算中,证实了水星、金星、火星、木星、土星之间的规律。

到1772年,天文学家波得对这一规律进行了深入研究,确认了提丢斯此前的发现是对的,于是这一发现就被命名为提丢斯-波得定则。

当然,这一定则不是物理定律而是经验公式。背后没有理论根据,凭借的是实际数据和经验关系。

接下来,围绕该定则的研究还在持续进行中。因为当时天文学家的观测中,太阳系内的几大行星还没有集齐,天文学家们也只是知道肉眼可见的那几颗行星。

而如果按照定则去推导的话,是不是意味着在计算出来的距离数值中,会存在新的行星?波得等天文学家确实是这么思考的。

但是,波得在接下来的深入计算中,却在已知行星的间距中发现了一个bug。

缺失的部分是什么

这个异常的地方,就是火星到木星之间的区域。按照公式计算,火星前面的数列保持着规律,火星后面木星到土星之间的数据依然保持着规律,唯独火星到木星之间的数值,用天文单位计算后似乎不存在规律了。

是这个规律不存在了?还是说按照公式计算,在相应的未知区域,应该还有一颗全新的、没有被天文学家发现的天体?

这个问题困扰了波得许久,作为柏林天文台的台长,他毕生都在观察星空,计算天体的轨道,唯独这个问题让他一时找不到答案。

索性在随后,波得提出了一个大胆的假设,在火星到木星之间的区域内,应该存在一颗不为人知的天体。

作为权威人士,波得的这一猜测一经公布,就在天文学界引起了很大的轰动。有观点就认为,假设那颗不知名的行星存在,为什么用肉眼看不到呢?因为其他5颗行星,都是可观察到的。

但如果这个区域内不存在其他天体,那么此前发现的规律又该作何解释,为什么会在这个间距内出现数值上的空缺?

于是,以相信它存在的原则,接下来天文学家都开始寻找那颗未知的天体。只是天文学家们没想到,这一找就是十几年的时间。

没有大的收获,可又找不到证伪的办法,就在天文学家们无计可施之际,英伦三岛上传来了一个好消息。

那个叫威廉·赫歇尔的天文学家,在1781年的时候,终于在相关空域内发现了可能的天体。

波得对新发现的天体进行了计算,发现其数值依然符合此前的那个公式,这颗天体便是天王星。

经过这一新的发现,天文学家相信提丢斯-波得定则的规律是存在的,那么在火星和木星之间,势必还存在一颗天体,只是人类还没发现它。

接下来,围绕这颗未知的天体,各国天文学家的搜寻更加卖力。只是谁都没有想到的是,这一搜寻工作又持续了20年的时间。

1801年的第一天,在西西里岛的巴尔摩天文台,观测夜空的皮亚齐,从望远镜里有了新发现。经过计算,这颗天体到太阳的平均距离为2.77个天文单位,这一距离符合公式。

随后的命名中,皮亚齐根据家乡西西里岛的神话,将其命名为谷神星,谷神是西西里岛神话中,专门负责粮食和农业的女神。

不过经过进一步的研究,天文学家们多少有点失望,期望中的大天体,没想到其直径还不到1000公里。所以相对于其他行星,谷神星的个头显得太小了。

不过也有天文学家认为,谷神星的小反倒符合预期,因为它的体积如果和其他行星一样大的话,那么古人早就应该肉眼看到它了。

于是在接下来,围绕这一区域的搜寻,天文学界开启了另一个高潮。此后,在火星到木星的区域间,天文学家们又发现了更多的天体。

它们和谷神星一样,个头都不是太大。也直到近代天文学界才逐渐搞清楚,按照提丢斯-波得定则,在火星到木星的区域间,没有大型的天体,而是一条庞大的小行星带。到20世纪中后期,天文学家在这一区域内已发现了两万多颗小行星。

除此之外,现代天文学家也渐渐明白,在火星到木星之间的区域内,之所以没有大型的天体,是因为受到了太阳和木星的双重引力影响。

在两种引力的巨大拉扯之下,这一区域内不存在大行星天体形成的条件。也可以简单理解成,这一区域内的天体,因为引力的作用被拉扯的更“碎”。

那么问题来了,既然后发现的天王星、谷神星等新天体的位置,都符合公式定则,是不是就意味着提丢斯-波得定则是绝对准确的呢?

别急着下结论,在随后的发现中,这一规律也被打破过。

海王星就不符合

海王星的发现,是法国天文学家的功劳。如果按照公式计算,那么海王星的轨道位置就该是固定的,可天文学家后来并没有发现它。

直到后来发现了它的身影后,发现它并不在预测的轨道位置上,而且跟公式计算的数值误差达到了20%,而此前其他行星的距离误差都在5%以内。

这一发现确实让天文学家们很失望,而海王星本身又具有行星一切的特质,反过来质疑它的存在肯定是不准确的。

再后来,冥王星的发现,又一次打破了提丢斯-波得定则,这也就意味着,所谓的规律可能仅仅是一种巧合。

有意思的是,虽然太阳系内较远的行星打破了规律,可像土星、天王星这些拥有庞大数量的卫星,行星和各自卫星之间的距离,又符合这一定则。比如木星的几颗卫星,其距离就符合这一定则。

甚至在太阳系外,天文学家发现的其他行星与恒星之间的距离,与太阳系内的情况也有些相似。

比如在1994年,天文学家在距离地球1600光年的区域发现了一颗恒星,以及围绕它运转的3颗行星。

经过计算,3颗行星到恒星之间的距离,与水星、金星、地球到太阳的距离基本一样。这似乎又意味着,提丢斯-波得定则存在着某种内在的因素。

那么,这种因素究竟是什么呢?

究竟是不是设计好的

根据目前天文学界主流的看法,之所以会存在这种规律,是因为一种轨道共振现象。

这种现象是在行星系统早期形成时导致的,而随着演化的时间拉长,距离表现出来的某种规律性,就成为了能被人类计算出来的规律。

实际上,这只是天体在公转的时候,不同天体间公转轨道比为有理数时,就出现了周期性的引力作用。简单来说,就像钟摆或者秋千,在相同位置产生的推力基本上是一样的。

现实中,轨道共振还会导致轨道的不稳定。比如土星环中,中间存在一个缝隙较宽的卡西尼缝。这道缝隙相当于将土星环分成了内环和外环两个区域。

位于缝隙中的天体,正好是土星另一颗卫星美马斯轨道周期的二分之一,两者之间形成了共振关系。

回到提丢斯-波得定则上来,它阐释的现象并非物理定理,因为并不是所有天体都符合这一规律。

尤其是在太阳系外,各星系系统的轨道距离并没有任何规律可循。比如按照行星形成的规律,往往较大的行星距离恒星都较远。

但在宇宙中,天文学家却发现过距离恒星很近的天体,这背后的因素又是什么,长期以来也一直是困扰。

还有天文学家指出,轨道共振本身并非普遍现象,系统形成初期会存在这种情况,但是随着各种因素的出现,共振现象终究会被打破。

去年底,在距离地球100光年的地方,天文学家发现了一个系统,其星系中的6颗行星,以相对和谐的方式围绕恒星公转。于是,这一系统被称为完美太阳系。

在天文学家看来,像这种情况在宇宙内只存在1%,其轨道共振能从演化之初持续到现在,有点像非常稀少的化石。

当然,只要存在这种现象,那么提丢斯-波得定则的相关情况,也可能会出现。

结语

就目前的情况看,虽然我们的技术在持续进步,但天文学家对宇宙的了解还仅仅是皮毛。

由于了解的不深入,还存在大量位置领域,于是很多现象乃至定律就还是模糊的。一些经过证实了的东西可能是错的,未经证实或者是被认为是错的情况,也可能是对的。

现在的提丢斯-波得定则,仅仅被看作是一种现象上的巧合。至于下一步还会发现什么,那就得具体情况具体分析了。

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