对于我们人类来讲,地球无疑是一个极为庞大的存在,然而与太阳相比,地球却显得非常渺小,根据已知的探测数据,太阳的平均半径大约有69.6万公里,而地球的平均半径则只有大约6371公里,也就是说,太阳的体积大约是地球的130万倍。
(太阳和地球的大致比例)
所以我们不难想象出,在太阳庞大体积的遮挡之下,其背后就会存在一片我们无法观察到的区域,那么,有没有一种可能:太阳的背后隐藏着一颗行星,人类一直没有发现呢?下面我们就来讨论一下这个问题。
正如我们所知,尽管太阳系中的八大行星都在围绕着太阳公转,但它们的公转周期却各不相同,具体表现为,距离太阳越近的行星,其公转周期就越短。
为什么会这样呢?其实是因为它们都遵循开普勒第三定律。
简单来讲,开普勒第三定律是一个普适定律,它适用于宇宙中任何具有中心天体的引力系统,对于太阳系而言,我们可以将其表述为:所有沿着以太阳为焦点的椭圆轨道围绕太阳运行的行星,其轨道半长轴的立方与公转周期的平方的比值都是一个常量。
据此我们就可以推导出,如果太阳的背后真的隐藏着一颗行星,那这颗行星就只能与地球共用一个轨道。这是因为如果不是这样,那这颗行星的公转周期就不会与地球相等,这就意味着,它围绕太阳公转的角速度与地球不可能同步,在这种情况下,它就不可能一直隐藏在太阳的背后。
也就是说,如果有一颗行星与地球共用一个轨道,其公转周期与地球相等,它与地球分布在太阳的两侧,始终保持着与太阳、地球三点成一线,那么对于地球上的人类而言,这颗行星就会一直隐藏在太阳的背后。
有意思的是,太阳和地球有五个引力平衡点,这被称为“拉格朗日点”,其中“第三拉格朗日点”(L3)就正好位于太阳的背后(如下图所示)。
那这是否意味着,太阳的背后真的有可能存在着这样一颗行星呢?答案是否定的。因为“拉格朗日点”只是“限制性三体问题”的五个特解。
简而言之,“限制性三体问题”讨论的是:在三个天体之中,有一个天体的质量相对于其他两个天体非常小,以至于可以忽略不计。
对于太阳和地球来讲,行星的质量显然是不可能“小到可以忽略不计的”(否则它也就能被称为行星了),所以即使我们把一颗行星放在太阳和地球的“第三拉格朗日点”上,它也不可能稳定地与地球保持同步运行,要不了多久,它就会在太阳和地球引力的共同作用下离开这个位置。
由此可见,从理论上来讲,太阳的背后是不可能长期隐藏着一颗行星的。当然了,人类现有的理论并不是万能的,那么,假如真有一颗行星一直隐藏在太阳的背后,人类能不能发现它呢?答案是肯定的。
首先来讲,时至今日,人类已经向太空发射了大量的探测器,它们可以在太空中从不同的角度和位置观测太阳系中的众多天体,有了它们的帮助,太阳的背后早已不是人类的“盲区”。
退一步讲,即使没有这些探测器,地球上的人类也可以在木星的“帮助”下,发现这颗隐藏在太阳背后的行星。
根据万有引力定律,引力的作用是相互的,所以行星也会对太阳施加引力,如此一来,在围绕太阳公转的过程中,行星的引力就会让太阳出现一定幅度的“摆动”,从本质上来讲,这种现象其实就是太阳和行星都在围绕着它们的共同质心运动。
行星的质量越大,引力就越强,其造成太阳“摆动”的幅度就越大,而作为太阳系中的“行星之王”,木星的质量大约有太阳质量的千分之一,所以它的引力会使太阳出现明显的“摆动”,其幅度可以达到太阳半径的1.07倍左右(如下图所示)。
正如前文所言,太阳系八大行星的公转周期各不相同,因此随着时间的流逝,地球与木星的相对位置也会不断地变化,而这也就意味着,当地球运行到其当前位置与太阳和木星的连线基本垂直的区域时,地球上的人类就会观察到,太阳被木星的引力“拉”开了相当于太阳半径1.07倍的距离,在这样情况下,人类就可以直接在地球上观测到这颗隐藏在太阳背后的行星。
到这里,我们就可以给出结论了,那就是:无论是从理论上的推演,还是从实际上的观测结果来看,太阳的背后都不可能隐藏着一颗人类一直没有发现的行星。
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