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问非所问，答非所答。回建琪与正 底下的几贴已经拜读，《郑重说明》也已发出， 可是，我自己心里比谁都清楚，封杀令不是 尽管在网上浪费的时间是没法补回的，而且也不可能在这样一片网页上说服沈、和两位物理学专家，最终结果只能是自取其辱，既没真正做出学问，反而会遭来更为严厉的贬损与讥骂，但既然本人已经被两位先生指出名来，好歹也得说几句了。，由于键盘不可能把几百年都没搞明白的众多科学问题说清楚，故我只好先选择其中一个较主要的问题来向沈、和两位专业人士请教，这就是地球公转的轨道问题。因为我打字速度慢，现将我电子文本的一些主要观点的中英文篇章贴在下面（没有贴图表的工具），请您们一段段审读。如果我这条思考了30年的螺旋轨道真能被 您们那三言两语推翻，我雷某用不着您们这些专业物理学家举起杀鸡的牛刀，我自己会不声不响地挖个地洞钻下去。至于您们对我其它那些观点的批判，基本上属于那种问非所问，答非所答的议论文字，这不怪您们，因为您们没有时间和兴趣读完我书的全文与插图，在这种情况下，我们很难就同一个问题开展讨论。 雷元星 第三章 椭圆轨道的疑难…( ) 一 3～4百年前遗留的问题…( ) 二 行星轨道观念上的两个错觉…( ) 三 太阳系内行星轨道的间距规律…( ) 四 开普勒椭圆轨道的尴尬…( ) 五 两种“假说”面临的两难选择…( ) 六 “牛顿平衡”与“第一推动”的困惑…( ) 七 二维星空背景上不能觉察第三维颠簸…( ) 八 开普勒轨道“牛顿解”中的另一个上帝…( ) 九 能量不守恒与“分配不公”…( ) 第四章 螺旋轨道的证明…( ) 一 伽里略“自由落体”与螺旋轨道…( ) 二 牛顿“抛物体”与螺旋轨道…( ) 三 行星在螺旋轨道上的匀加速运动…( ) 四 “卫星悖论”与年日数变短…( ) 五 螺旋轨道的线密度…( ) 六 行星螺旋轨道方程…( ) 七 行星轨道的使用寿命…( ) 八 螺旋轨道与地球年龄…( ) 九 螺旋轨道上的古地质、古生物年代…( ) 第五章 第三轨道的冲击…( ) 一 从“大蒸发”到“大坠落”…( ) 二 宇宙秩序的维护者——磁力…( ) 三 “万有引力”的本质是“静电引力”…( ) 四 螺旋轨道与行星地质学…( ) 五 地球在“变热”还是在“变冷”?…( ) 六 生物在螺旋轨道上的跃迁…( ) 七 地球人类文明的源头…( ) 八 螺旋轨道与地球环境问题再思考…( ) 九 “第三轨道”对现代科学体系的冲击…( ) 第三章 椭圆轨道的疑难 大螺旋 第三章 椭圆轨道的疑难 内容提要： 行星轨道分布规律不仅有“提丢斯—波德定则”的代数解,而且有中国传统的几何解。椭圆轨道与观测结果“符合得很好”,但它不是行星运动的真实轨道。行星椭圆轨道同“万有引力”、“能量守恒”等科学原理不自洽,而且会引出一系列无法解释的悖论。开普勒“行星运动三定律”不是最后一块科学里程碑,而仅是对短期行星轨迹的近似描述。 一、3～4百年前遗留的问题 应该承认，天文学的发展并没因罗马教皇最终承认哥白尼、开普勒、牛顿而停止，在整个20世纪的100年内，人类对宇宙物质的认识已从康德星云细化到质子电子；太阳系的范围已由海王星、冥王星到达了1光年之外的小彗星壳层；宇宙也由原来的银河扩大到河外星系、总星系；从认识恒星的运动到算出部分星系的运动；从简单认识天体的亮度到把它们细分类为主序星、红巨星、白矮星、脉冲星、中子星、类星体、黑洞，并用数学方法描绘恒星的全部演化过程；从简单地把宇空看成是以太旋涡到分析星际物质的化学成份；从地面观测到哈勃太空望远镜脱离大气层，并派宇航探测器飞入深空并实地降落；从简单的地面分析，到派人登上月球实地考察并带回样品。宇宙已经完全敝开了她的胸怀，任凭地球人类把她看个真真切切。 就在21世纪的人们对天文学成就看得眼花撩乱的时候，就在人类准备第一次飞往火星实地探险的时刻，有人要重提哥白尼、牛顿在3～4百年前遗留下来的问题，是不是显得特别不合时宜呢？是不是表明提问者天文学水平低俗呢？是不是就一定不必回答或有谁曾经回答过这类“历史”问题呢？如果是这样，那么3～4百年前遗留下来的天文“历史”问题，就成了提问者该去上中学认真读书的问题。如果问题并不是人们想像的如此简单，那么就只剩下三种可能：一是整个20世纪的天文学家遗忘或回避了这些问题；二是这些问题太难了，一百多年来的天文学家根本回答不了；三是有人试图回答，但答非所问，或者曲解、玄化、变幻了哥白尼、牛顿遗留下的问题。 哥白尼、开普勒、伽里略、牛顿留下的天文“历史”问题很多，其中关于行星轨道的问题就不少：行星的椭圆轨道是永恒的吗？行星会永远绕着它们的轨道转下去吗？在行星诞生之前就预定了它们各自的轨道吗？行星每年都在重复它们往年走过的轨道吗？什么力量保证行星永不跳出自己的轨道呢？除了在确定的轨道上周而复始地“进动”、“摄动”外，行星会不会最后死在自己的轨道上？如果不会，那么行星还将在它们的轨道上呆多久？如果行星会与自己的轨道共生死，那么死（消失）后的行星轨道是什么样子？它们会在自己轨道圈的哪个弧段上消失？如果行星没有守候同一条轨道，而是在不同轨道间像“量子”那样“跃迁”，那么是什么机制决定地球跃迁到现有轨道上的？其它行星又是怎样跃迁的？如果行星在悄悄离开原有的轨道，那么经开普勒发现、由牛顿证明的椭圆轨道方程还有没有用？如果行星在悄悄离太阳而去，那么它们最先是否从太阳之外来？如果行星在悄悄靠近太阳，那么它们最先是如何走进太阳系的，地球会否最后转到太阳里面去？如果确定行星的椭圆轨道既不会向外扩大，又不会向内缩小，那么行星永远守候同一条轨道的力学原因是什么？如果有某颗彗星撞上了地球，使它偏离了原来的轨道，那么被撞1万年后的地球人会不会以为地球从来就没有改变过轨道？如果不会，那么今人怎么能肯定地球一直就守候于现在的轨道上呢？ 除行星的公转轨道问题之外，行星自转动力的来源问题也没有得到解决，比如地球为什么会自转？是什么力量在推动行星自转？它们自转的动力是来源于内部还是外部？它们会永远以现在的角度速转下去吗？它们自诞生的第一天起就以这样的姿态与速度自转吗？为什么金星会逆转？为什么天王星要睡着转？为什么外行星比类地行星转得快？地球自转会不会停止？或许还会转得更快？ 牛顿“万有引力”理论的问题也不少，如苹果为什么会落地呢？那个吸引苹果落地的引力源藏在地球内部的什么位置？为什么它能把地球与行星都吸成球形？挖出这个引力源，行星会不会散团？宇宙中到处都有这些引力源（引力子）吗？质量同引力到底是什么关系？为什么天上的陨星不自己吸在一起而远走它乡?为何它们要一块块往地球上掉呢？能不能在太空测出两个物体之间的引力大小呢？男女宇航员为什么不相互吸成一个肉球呢？引力波是什么波？引力传播的速度是多大？挖掉地核，地壳球皮会不会往空心处塌陷呢？如果不塌，我们能否用沙粒在太空建造一颗空心沙球呢？如果要塌陷，是不是中国人正在吸引地心对面的美国人呢？是不是中国人与美国人共同把它们的地壳踩塌的呢？设想有一口穿通东西两半球的深井，美国的苹果与原子弹会不会自动掉到中国的井口上来呢？如果它们最终会飘浮在地心，那牛顿原来设想的引力中心，岂不是空的？没有质量的空心怎么能吸拢恁大一个地球呢？如果“万有引力”不万有，那么潮汐的成因到底是什么？“引力场方程”还有没有用？“引力塌缩”会不会是另类神话？ 翻遍21世纪出版的最新《科学年鉴》，你不可能找到这些问题的确切答案，没有现成的答案，就没有办法到中学大学里去补课。要弄清这些被20世纪科学名人弃之不理的问题，你还必须回到哥白尼、牛顿那里，并在他们的基础上一步步向前走，把这些问题一个个弄清楚。只有这样，才能把科学理论向前推进。 如果大家都回避这些问题，或者用一些毫不相干的数学模型来吓唬提问者，那么科学就只能停留在牛顿里程碑的原处，因为科学从来不会走进“没有问题”的丛林。若是行星的轨道、自转与引力等问题已经全部弄清楚，那么科学就会站在这些领域里欢迎“教授”与“信仰者”的到来：“就教授这些原理吧！就信仰这些真理吧！请不要再在这些领域里刨根挖底了，这里已经没有漏洞、陷井、地雷与问题，这里已是一片纯净的科学领地。” 但事实并非如此，科学家从来没有宣布“探索到此为止”，天 二、行星轨道观念上的两个错觉 一提起行星轨道，每一位读者都会想起中学课本、百科全书、电视屏幕与天文网站给你提供的太阳系图，如图二十二所示。虽然这张图临摹得比较粗略，但内容与其它精美的彩图是一样的，即太阳在正中发光，9大行星依次环绕，并按逆时针或顺时针方向不停地旋转。这张图不是某艺术家的神来之笔，而是古人经过了几千年的迷茫与摸索，近人又经过了几百年血与火的斗争，才逐步描绘出来的，它是地球人类对自己家乡的素描，是几千年天文学成就的结晶。 尽管这张太阳系图诉说了不少悲壮的历史，也传达了许多真实的天文知识，但必须同时看到，这张图不仅是假的，而且包含了许多错误。说一张画像是假的，必是指画师画得不像模特本人，比如某人把西施的耳朵画得比脑袋大，两条罗圈腿盘在一起，这样的西施谁还敢爱？因此，人们会说这张美女图是假的。现在的太阳系图也是如此，太阳的半径本来将近70万公里，地球的半径才6千多公里，小了109倍，怎么图二十二上会看起来差不多呢？再说，地球离太阳的距离1 如果去找一张A4（相当一本杂志大小）的白纸，按 如果你做过这种模拟，你就会认识到这样一个简单的事实，太阳系是没有办法用纸上的图形来表达的，真实的图景只在天上存在，画在书上、电脑屏幕上的一切太阳系图都是假的。如果相信图二十二，那么所有行星同太阳就是一个差不多大的天体，而且其轨道间距比行星的直径长不了多少，这显然是不真实的。当然，我们现在看到的这些太阳系图并没强调它的真实比例，而只是要求表明太阳与各行星轨道的结构层次。就仅仅让人明白这层意思的话，这种图是有意义的；但超出这种意义之后，它就是虚假的，不可信的。对于那些不愿深入思考问题的人来说，这种图给人一种潜在的定论：即每一颗行星都有一条固定不变的永恒轨道，这些轨道是自然定律，是上帝为不同的行星所做的预先选定。 当用真实的比例描摹出太阳系之后，我们却很清楚地看到了另外一层图景，它很自然地使人想到：难道这样一些远离“太阳”的“沙粒”能永远忠实地守护着同一条轨道？100多米开外的一颗沙粒有什么理由要守护纸上巴掌大的一个太阳？它们全都不会有越轨行为发生？太阳用什么力量来控制它们各自在其特定轨道上旋转呢？尤其那些远离太阳的天王星、海王星，山高皇帝远，它们凭什么那么忠实地循着同一个椭圆反复地旋转？当人们深入思考了这些问题，就会澄清原来对行星轨道间距的错觉，就会感觉到行星与太阳的真实空间关系，它根本不像图上画的那么紧凑，行星轨道的间距是图纸无法表达的。 除了由空间比例不真实引起的第一种错觉之外，人们还有另一种错觉，即认为太阳用引力“拴住”了行星。为解释地球围绕太阳转的原因，中学物理与地理老师总是给学生做一种相同的演示，他们先把一个橡皮擦拴在一根橡皮筋上，然后把橡皮筋套在手指上，并不断地摇动手指，这个橡皮擦就会以1秒钟为转动周期，不停地绕老师的手指旋转。然后，教师们又换成一根约 讲课开始了，老师自问自答地说：“为什么橡皮擦的转动周期只有1秒呢？因为橡皮筋只有 当你进了某大学天文系，教授们还会重复这个自编自演的科普小品，只不过他们的钢绳加长到了3.3万 老 老 当弄明白这些问题时就不难发现，老师们一开始就同你开了个天文玩笑，因为铅球旋转同天体运动的力学原因竟完全不是一回事儿。铅球是被长绳拖着做机械匀速圆周运动的，长绳的长度不变，故铅球每次都重复自己的圆周轨道，永恒地围绕同一个圆心旋转。 天体的运动则不然，它们同牛顿的炮弹与今天的卫星一样，是因第一次没有坠落到自己的引力中心，才沿着一条椭圆轨道绕其引力中心旋转的，因为它们一开始就是一种自由落体的加速运动，故它们不可能重复自己以前走过的轨道，而是应不断向自己的引力中心靠近，其旋转半径在不断地缩短，直至落到引力中心为止。 如果我们对这两种运动不加以区别，只看书上画的或光听老师讲的，那就不可能注意到天体有坠向引力中心的趋势。以为月亮会永远挂在38万公里高空，地球会永远绕着同一条轨道圈转下去，太阳和恒星也会像铆钉一样恒定地呆在同一片天空。一旦你先入为主地形成了这样的直觉，有关天体轨道的其它理论便是不可思议与不可接受的了。 当然，不能过分责备老 若对以上两种错觉稍加分析，不难看出它们都来自于早期“教育”，是那些似是而非的“教本”替人们建立了一个被预先压缩与歪曲了的“太阳系”。如果不对这些虚假的观念加以否定，在接受新的正确观念时将会遇到思维上的障碍。 三、太阳系内行星轨道的间距规律 太阳系是一个可观测的有限宇宙，它和其它恒星系一样，各自占有一定的空间，并拥有自己的边界，按“万有引力”定律，界内的物质在太阳引力半径内，它们应向太阳掉落，界外的物质则应向其它恒星方向掉落。 离太阳最近的恒星是半人马座α，即南门二内的一颗亮星，俗称“比邻星”，它离太阳约4.3光年。假定它与太阳平分这段距离，则应各以215光年作为自己的引力半径。然而天狼星相距太阳87光年，南河三距11光年，牛郎星距16光年，织女星距27光年，北落师门距23光年，太阳在这些恒星方向的引力半径会长一些，故太阳系的引力边界不是一个理想的正圆，而是一只如同“蛋壳”的空间椭球，太阳就处在椭球的一个焦点上，如果我们把这个椭球近似地看成是一个以215光年为半径的圆球，那么这个球的容积就应是： V＝43πr3＝43π(2.15光年)3≈42光年 在这42立方光年的椭球壳内，装着太阳系的所有彗星、行星与地球。目前，太阳系内的已知天体除9大行星及其卫星外，还有已编目命名的彗星和小行星，自美国哈勃太空望远镜升空后，又发现1光年高空有一由两亿多颗小彗星组成的“壳层”，它们正缓慢地围绕太阳移动。这样，太阳系内的可观测天体已数以亿计。 早期的天文学家还不知道太阳系内有如此多的天体，在开普勒研究第谷的观测资料时，被记载下来的行星只有6颗，那时开普勒注意到这6大行星的运动周期T与轨道半长轴距R之间有某个空缺，即火星与木星的T、R值相隔太大，似乎还有一颗未被发现的行星夹在中间。1766年，德国的提丢斯（Johann Daneil Titius，公元1729～1796）也注意到这一情况，总觉得6大行星的轨道间距中应存在某种规律，于是他人为设置了一颗未知行星填在火星与木星轨道之间，并拟定了一个公式来说明行星轨道的间距，表述为： L＝04＋03×2n （L为日星距，取日地距为1个单位，n取0、1、2、3、4、...） 因提丢斯仅是一个中学老师，他就把这一“公式”寄给了当时柏林天文台台长波得（Johann Elert Bode，公元1747～1826），经过试算，波得认为比较符合当时6大行星的轨道间距，就整理了一篇文章，把提丢斯的这个公式作为“经验公式”发表了出来，后来的天文学界就简称它为“提丢斯——波得定则”。 这个定则发表后35年，谷神星的发现第一次证明了它是对的。又过了30年，天王星的发现再次证明它是对的。如果把海王星与冥王星两条相互交叉的轨道值平均起来，也与这个定则基本相符。再进一步，把前几年哈勃太空望远镜发现的小彗星“壳层”也算进来，还是符合这个经验公式。 现把水星轨道看成是第一层轨道，然后按“提丢斯——波得定则”由内向外排列，即可看出太阳系能容纳多少圈轨道（见表二）。当n为20时，日星距达到5光年，已超出太阳系的范 表二 太阳系行星、彗星轨道次序表 轨道层次天 体 名 称2n n值计算值（日地距）观测值（日地距） 1水星∞04039 2金星007072 3地球111 4火星216152 5小行星328?28 6木星45252 7土星510954 8天王星6196192 9海(冥)王星7388301+3952 10老十8772 11十一星9154 12十二星103076 13十三星116148 14十四星1212292 15十五星132458 16十六星1449156 17十七星1598308 18十八星16196612 19十九星1739322 20小彗星187864361光年以上 围，故舍去。从理论上说，当n为19时，太阳系的最外层天体离太阳为1572868个日地距，即25光年。如果25光年半径处真有天体运动的话，那也是极不稳定的，因为它处在太阳与南门二之间，太阳的引力不可能绝对控制住它们的轨道。因此，这第21轨道层也可以舍去。这样算下来，太阳系最多能容下20层行星轨道，而且最外层轨道就是哈勃太空望远镜已观测到的小彗星“壳层”。当然，当n为8～17时，这些轨道上的天体是什么？它们在哪里呢？至今仍属未知。 既然太阳系内的行星轨道间距可以用“提丢斯—波得定则”这样的代数公式来表达，能不能设想用几何方式直接表达呢？能，1596年，开普勒就在《神秘的宇宙结构》一书中提到了类似想法，他在一个大圆球中，做一个内接正六面体，这个正六面体中还有一个内切球，再在这个内切球中安个正四面体，这个正四面体内又有一个内切球，即用球包方，方包球的方法，做出6个球来，即可代表当时6大行星的轨道间距。 还有一种更准确而又极其古老的几何方法，即用方与圆相互包切，直接得到太阳系行星轨道的分布图形（见图二十三）。该图以太阳为圆心，以日地距为一个半径单位画出最内的一个实圆，以表示地球绕太阳旋转的公转轨道。然后用一个“方”匡住地球轨道，又以这个“方”的半对角线为半径画一个虚圆，再在这虚圆外面又画一个方框，方框外再画一个实圆，这圈实圆就是我们要找的火星轨道。如此往外画下去，就会交替出现一圈比一圈大的虚圆、实圆、虚圆、实圆…… 每出现一个实圆，就表示有一层行星轨道，直到第18层实圈出现，就找到了最外一圈的小彗星“壳层”。 那么这种几何解同前面说的“L＝04＋03×2n”的代数式有什么关系呢？我们知道，图二十三中的圆有圆周率π，正方形的边长÷对角线长恒等于22，我们把这个值称为“方周率”Π，取圆周率π与方周率Π的和就是： π＋Π=3.14+2.83≈6，然后用6去除太阳的20层轨道就是 6÷20=0.3，这可能就是“提丢斯—波得定则”中0.3的客观依据。 另外，图二十三中的虚圆半径分别是： 0×2、1×2、2×2、4×2、8×2…… 它实际上是方的对角线的延长。而其实圆半径则分别是1、2、4、8、16…… 这个数列正好是2n，2o=1，21=2，22=4，23=8…… 行星正好分布在实圆上，故实圆就代表着行星的轨道。“提丢斯—波得定则”中的“0.4”可以被看成是太阳系内行星轨道间隔的修正值R。 如果我们以水星半长轴或半短轴的长度为半径，然后用圆套方、方套圆的几何方法，也可以把水星与金星轨道表达出来。若是仍以地球轨道半径为1个单位，那么只须去掉R值，直接用L=1-03×2n公式。当n=0时，L=0.7，这是金星的轨道半径；当n=1时，L=0.4，这是水星轨道半径。之所以用1去减0.3×2n，是因为金星与水星轨道半径都比“1”（地球轨道半径）小，减去的距离实际就是地球直接与金星、水星两条轨道相隔的间距。根据以上思路，现可把提丢斯—波得的“经验公式”改写成“理论公式”： L＝R＋πΠ20×2n （其中n为0、1、2、3……18，日星距L仍以日地距为单位，R为太阳系轨道间距常数，其值取0.4）。 笔者在前面之所以说这是一个很“古老”的几何方法，一是因为公式里的π与Π包含有中国古代“天圆地方”的思想，二是因为在湖北随州郭店楚墓中的漆盘画以及河南堰师殷商古墓的布局中，都留有同图二十三一样的方圆几何图形，而且还在东（左）面标有东方苍龙，在西（右）面标有西方白虎，以表示其为天文图象。如果中国古代曾有人用几何的方法直接描述过行星轨道的间距规律，那么在这些古墓中见到这些图案就毫不奇怪了。 话说回来，即使古人早已知道了行星轨道分布规律的几何解，但他们同我们一样，还是不知道这种分布规律的原因，不知道是什么力量把行星、彗星安排到了这20条轨道上，更不知道这些天体还会在他们各自的轨道上呆多久。要解决这些问题，就必须从近现代天文学框架中跳出来，去寻找行星轨道形成的最初原因。 四、开普勒椭圆轨道的尴尬 在最现代的天文学教程中，地球与行星的轨道都是一圈圈封闭的椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。自开普勒于1609年提出这条轨道，到牛顿最后证明它，只用了80年时间。而自牛顿到21世纪的今天，又过了3个世纪，在这300多年中，这条封闭的椭圆轨道再也没有被更改过，甚至没有人对它的“科学性”提出过怀疑。在更多的近现代科学文献里，这条封闭的椭圆轨道不仅是对哥白尼正圆轨道的超越，而且成了科学战胜神学的重要标识。 是不是开普勒的封闭椭圆轨道已经成了最后科学定论呢？是不是这条代表着科学进步的行星轨道就不能被更改了呢？是不是这条轨道因被牛顿“万有引力”定律证明之后，就不再需要任何反证了呢？是不是这条被4百年历史考验过的椭圆轨道就不需要进一步完善与发展了呢？ 如果全面考察科学发展史，以上问题自有公正的答案。因为自这条封闭的椭圆轨道诞生起，它自身带来的矛盾与悖论从来就没有被认真对待过，不把这些矛盾与悖论一一清理干净，人们对开普勒与牛顿理论的怀疑就不会自动消除。无论拥护这条轨道的人拿出多少观测的证据来证明，但它本身所蕴涵的逻辑是不自洽的，甚至是自相矛盾的。 1、封闭的椭圆轨道必然带来观念上的“天定论”与“神创论”：由于每一条行星轨道已经按某种规律整整齐齐地排列在太阳系中，在追寻这些轨道的最初来历与排列原因时，就只能说是“先天即定”的，或是无原无因的“自然规律”，而这种无法说出根据的“天定论”与无法被认知的“自然规律”同“神定”与“神创”的解释很难有什么本质区别，虽然有不同的表述，也只是语义学上的差异。即使科学再发展1万年，当人们遇到未知时，还是有可能用“神”来代替这种“未知”，因为“神”或“自然”在语义上可以永远被当成“没有解释的解释。” 2、开普勒封闭的椭圆轨道必然带来哲学上的“固定论”与“不变论”：既然地球每年都在重复同一条轨道，行星也只能在它们既定的轨道上打转，这就把整个太阳系固化到了一种不可变动的结构中。既然太阳系的大结构已经被6条（现为20条）封闭的轨道所圈定，那么邻近的恒星系与更远的宇宙天体也都会具有这种固化的模式，如此推论下去的结果必然是一种处于冻结状态的宇宙结构，这种固定不变的宇宙框架必然会限制各天体的运动范围，这与哥白尼、开普勒的初衷是相矛盾的。 3、开普勒封闭的椭圆轨道必然导致逻辑上的“永恒论”与“不死论”：既然地球的公转轨道是封闭的，它就没有理由跳出这条轨道，如果能够跳出，那么它的轨道就不可能再保持椭圆。这就无声地埋下了一种逻辑悖论，即地球与行星最后都会死亡消失在自己的封闭轨道上。如果行星没有最后消亡的一天，那么它们必然永存，永远与自身的椭圆轨道同在，而这种“永恒存在”显然是违背逻辑的。如果行星都会相继消失，那么它们就不会与现在的轨道同在。因为这种轨道存在的前提是行星自己的运动轨迹保持椭圆。我们知道，任何卫星轨道都有一定的使用寿命，只有佛教里存在什么不死的“无量寿佛”，如果规定行星轨道是封闭的椭圆，就等于否定了它们的使用寿命，只有一颗“无量寿星”才能拥有一条“无量寿轨”，这显然是荒唐的。 上世纪末叶，一批研究太阳物理的西方学者描绘了地球世界末日的情境，他们说今天的太阳处在什么壮年时期，再过45亿年，太阳上的氢就会燃烧殆尽，并由此步入老年坍塌期，当太阳向一个密度异常的奇异点坍塌一段时间之后，就会向相反的方向演化。50亿年之后，太阳会变成密度愈来愈小的红巨星，那时的红巨星球半经将由现在的70万公里膨胀到7千万公里、 或许有人以为这种太阳演化理论会替“永恒的封闭轨道”摆脱尴尬，既然太阳吞没了地球，同时也就吞没了地球的公转轨道。其实不然，因为按照这种“演化速度”，水星、金星与地球的寿命以及它们椭圆轨道的使用期仅剩50亿年，而火星、木星、土星、天王星、海王星还将在它们各自的轨道上永远转下去，它们本来就没为水星、金星、地球而活着，当然不会为地球的死亡而死亡，这些外行星的椭圆轨道仍然具有“永恒”的性质。 如果相信“太阳演化为红巨星”的故事是真的，一些古老的话题可能会被重新提起。“为什么磨盘不动磨房动呢？为什么小球不转大球转呢？”太阳的体积比地球大1百多万倍，质量 事实上，开普勒的椭圆轨道不可能封闭，但不封闭的轨道又不是一个椭圆轨道，如不是椭圆轨道，太阳处于焦点上的说法也就不再成立，椭圆轨道方程也失去意义，开普勒行星运动三定律也就成了“动律”。牛顿“万有引力”所证明的就不再是开普勒的椭圆轨道，而是其它什么轨道。这就使开普勒封闭的椭圆轨道处于两难境地，要么坚持椭圆轨道，想办法克服这条椭圆轨道带来的逻辑困难。要么放弃椭圆轨道，对其它可能的轨道做出让步。这种两难选择都是痛苦的，开普勒已不会做出任何选择，但21世纪的人类不得不对此做出取舍。 五、两种“假说”面临的两难选择 在行星轨道的起源问题上，最现代也最流行的观点只有两家，一家是“灾变说”，另一家是“星云说”，目前，“星云说”是乎更热门一些。“星云说”的鼻祖可追溯到古希腊的留基伯与德谟克利特，他们认为天体是在原子漩涡中形成的。后来法国的笛卡尔继承了这种理论，于1644年正式提出了“漩涡说”，他认为原子构成的宇宙星云弥漫于太阳系，并不停地围绕一个中心作涡漩运动，太阳就在这个漩涡中心形成，行星在不同的次级漩涡中诞生。 牛顿在1687年提出“万有引力”理论之时，只是用它去说明行星绕日运动的原因，并没把它看成是笛卡尔原子星云作漩涡运动的动力。但当时熟悉“漩涡说”的学者总想把牛顿与笛卡尔联系起来，强行把牛顿的“万有引力”放在笛卡尔原子漩涡的中心，去吸引周围的原始星云围绕中心质点盘旋，进而向现实的太阳系演变与过渡，他们认为这样就可帮牛顿避开有关“上帝第一推动”的指责。 这种一厢情愿的努力弄得牛顿很不自在，一方面，他认为产生“万有引力”的原因倘不清楚；另一方面，他曾经思考过两种理论的结合，但在与哈雷等人的讨论中，明显注意到这两种理论不相容，故确认笛卡尔的“漩涡说”只是一种毫无价值的猜想。 1713年，当《自然哲学的数学原理》再版时，三一学院的校友、罗杰。科茨在该书序言中替牛顿表达了对星云“漩涡说”的厌恶态度。“倒正是这些人，他们才是真正在求助于隐蔽的原因(指上帝)，因为他们捏造了一种虚构的、不能为我们的感官所感知的和幻想的物质漩涡，并想用它们来指导天体的运动。” 科茨还在《原理》第二版序言中进一步强调：“但是，我们不能接受这样一种解释。因为正象我们的作者(指牛顿)已经用最清楚不过的理由大量地证明了的那样，天体现象是不能用漩涡来解释的。所以，如果再有人竟能这样无根据地把时间花费在拼凑一个可笑的虚构，并用他自己的新论点把它提了出来，那他肯定是一个只会进行幻想的人。如果行星的彗星是为漩涡所带动而环绕太阳运转，那么漩涡中的那些物体，必须和漩涡中贴近它们的那些部分有相同的速度、相同的方向、相同的密度，以及相同的符合于它们所含物质的体积的惯性。但实际情况是，在天空的同一个部分，行星和彗星是以不同速度和朝向不同的方向运动着。……总起来说，彗星的数目肯定很多，它们的运动完全有规则，而是服从于和行星一样的规律，它们的运动轨道是一些偏心率很大的圆锥曲线，它们沿着每一条路线趋向天空的各个部分，并且有任意穿过所有行星区域的自由，而它们的运动方向往往和黄道十二宫的顺序相反。所有这些，都已得到天文观察最确凿地肯定，但这些现象却不能用漩涡来解释，这些确实的现象和行星的漩涡说是完全不可调和的。……因此，即然这样一种流体的假说根本没什么基础，而且一点也不能用以说明事物的性质，那么当然可以公正地称之为可笑的假说，而且对哲学家是一无用处的”(转引自H·S·塞耶《牛顿自然哲学著作选》)。 科茨发表这番言论42年后，笛卡尔的“漩涡说”不仅没有从此消声匿迹，而且还在康德(I·Kant，公元1724～1804)笔下重新复活，康德在其《根据牛顿原理试论整个宇宙的结构状态及其力学起源》(现译为《自然通史与天体理论》)一书中，把笛卡尔所说的原子物质改名为“原始星云”，依然采用了笛卡尔的漩涡运动模式，把牛顿的“万有引力”放在漩涡中心，组建了他的“星云假说”。 又过了42年，法国人拉普拉斯(P·S·Caplace，公元1749～1827)发表了《宇宙系统论》，提出“炽热原始星云”的概念，他认为处于星云中央的质点更大，具有更大的“万有引力”，从而吸引了更多的炽热物质，形成了今天的太阳。由于炽热星云在向中心聚集的过程中产生了星云漩涡，漩涡运动又使离心力产生，星云赤道区的物质就很难靠拢星云中心，使原始球状星云变成了扁平的碟状，碟圈上的星云又聚集出了6大云团，它们散热冷却之后，就行成了现在的6大行星。 严格地说，康德—拉普拉斯“星云说”完全是笛卡尔“漩涡说”的翻版，唯一不同的是笛卡尔原子漩涡中心里没有“万有引力”，而康德星云漩涡中心都坐了个“牛顿”，以此来替代牛顿请来的上帝。可当上帝被赶走之后，这星云自已怎么也旋转不出一个真实的太阳系来，行星与彗星都各走各的道，完全不遵守康德—拉普拉斯为它们设计的旋转路线。 明眼人一看便知道，从康德——拉普拉斯“星云”里诞生的行星轨道不应是椭圆，而只能是圆周，因为行星是在原始星云盘中形成的，星云盘在做圆周运动，它们收缩出来的行星也只能做原周运动。如果假定原始星云盘是椭圆的，那么从这个椭圆盘里诞生的行星椭圆轨道必然都具有相同的偏心率。但事实并不如此，不仅6颗行星轨道偏心率不同，彗星轨道的偏心率更大得不可思议，这是用“星云说”无法解释的。 还一种理论就是“灾变说”，牛顿“万有引力”理论提出后，法国的布丰（G·L·L·Buffon,公元1707～1788）最先把“万有引力”应用于天体力学，他于1745年在《一般和特殊的自然史》一书中首次提出了“灾变说”。布丰认为，太阳是一块正在燃烧的天体，有一颗远道而来的大彗星突然从旁边擦肩而过，来了个“顺手牵羊”，吸出了一串太阳物质，最后冷却凝固成了行星与卫星。“灾变说”后来又衍生出许多变种，但总体思路与上帝挖亚当的肋骨造夏娃一样，即从太阳身上吸出或太阳自己甩出一些日泥，这些日泥组成行星后就开始围绕母体——太阳转圈，从而出现了不同的行星轨道。 这种“灾变说”行星轨道如果成立，就要求不同轨道层的轨道有不同的偏心率，而且靠近太阳的水星、金星、地球的轨道偏心率最大，火星、木星、土星的轨道偏心率要一级级缩小，海王星、冥王星的轨道偏心率应该最小。同时，所有行星的轨道平面应在一个平面内，不能允许它们的轨道平面间存在一定夹角，因为这些行星都是由一条“日泥流”或“太阳鼻涕”牵出来的。可太阳系各行星轨道的偏心率与轨道平面并不具备“灾变说”所要求的条件，因而是不能成立的。 “星云说”与“灾变说”本来是想用“万有引力”来解释太阳系内行星的起源，并没去研究行星的轨道。但“万有引力”理论本身同这两大假说是相矛盾的。如果太阳系是星云冷却收缩而成的，那么所有行星都应有被太阳（质量占999%）吸入的趋势，如果这种趋势存在，那么行星就必然要向太阳靠近，不可能永恒地守候在同一条轨道上。“灾变说”也是如此，既然被拉断的“日泥”还没有逃到太阳引力范围之外，它就有重新落回母体的趋势，这种趋势必然打破固定的椭圆轨道，而一步步向太阳靠近。 如果“星云说”与“灾变说”要在牛顿“万有引力”与开普勒“椭圆轨道”之间作出选择，那么它们只能选择其一。若要承认现在的行星在一条封闭的椭圆轨道上运行，那就必须抛弃太阳引力吸引行星的说法。若是承认太阳真有强大的“万有引力”，那么就必须放弃一条条固定不变的行星轨道，承认行星在一步步向太阳逼近。然而对于以上两种假说而言，这种选择是两难的。 六、“牛顿平衡”与“第一推动”的困惑 如在第二章第五节已经提过的那样，开普勒认为太阳时而把行星往外推，时而把行星往内拉，以致行星总是在接近“太阳”这个焦点后又远离这个焦点，使轨道变成了椭圆。在开普勒那里，太阳的“推力”与“拉力”在总量上是相等的，用了多大推力把行星推出去，就会再用相等的拉力把它拉回来，以保证行星维持在一个固定的椭圆轨道上。 牛顿提出“万有引力”定律之后，开普勒的“推力”与“拉力”就成了“引力”与“离心力”。内行星离太阳近，日心距r短，故太阳对它们的引力F就大。外行星离太阳远，日心距r长，太阳对它们的引力F也就小一些。但是，内行星绕太阳旋转得快，离心力－F也就更大，而外行星旋转得慢，离心力－F也就小一些。由于［F内大］=［－F内大］、［F外小］=［－F外小］的原因，就使得内外行星都能维持在一条固定的行星轨道上，我在下面把这个原理简称为“牛顿平衡”，即“万有引力”恒等于离心力（F引=F离）。 如果“牛顿平衡”成立，则需要两个必要条件：一是行星在公转轨道上运行时不能遇到任何外力，包括推力与阻力。二是太阳与行星的质量不能发生任何变化。如果这两个条件同时成立，则“牛顿平衡”成立，行星就能保持一条固定不变的椭圆轨道。否则，开普勒椭圆轨道就要变形，下面我们就来考察一番这两个必要条件。 1、如果“牛顿平衡”（F引=F离）是正确的，行星在公转前进时不得遇到任何推力与阻力，若是遇到一颗大彗星从尾部撞上来，彗星撞击力就会把行星的原有轨道速度加快，导致离心力F离增大，“牛顿平衡”就被打破了，行星将在离心力增大的条件下远离太阳而去。当然，这种彗星撞尾的事件没有观测记录，可以不加考虑。 但是，实测已经表明，行星并不在绝对真空中运行，在它们的公转轨道上，有大量太阳风等离子气体、游离气体、太空尘埃、冰粒以及其它小型物块（流星），这些物质显然是行星公转轨道上的阻拦物，它们会对行星的公转构成阻力F阻。当把这种阻力考虑进来之后，就必然会打破原有的“牛顿平衡”，使F引＞F离－F阻。这就意味着行星不可能永恒地守候在同一个轨道层，而是不断越过原来的轨道，而向太阳靠近。 2、如果要维持“牛顿平衡”，太阳与行星的质量既不能增加也不能减少，因为它们之间的引力F引与它们质量m1、m2的乘积成正比（F引＝g·m 另外，因太阳每天把778亿吨的太阳风粒子流抛射到太空，太阳自身的质量在不断减小，与上面相同的原因，太阳与行星质量的乘积就会减小，引力F引也会减小，“牛顿平衡”被打破，导致行星慢慢离太阳而去。在实际天文观测中，我们不可能知道哪一颗行星质量增加得快，哪一颗行星质量不发生变化，太阳何时耀斑爆发，向外抛出的物质增多，引起自身的质量大减，或在何时进入稳定期，维持自身的质量不变。因此，太阳与行星质量不变的前提条件是无法满足的，从而“牛顿平衡”（F引=F离）是无法维持的。既然行星与太阳之间的引力与行星公转的离心力在不断变化，那么F引与F离中间的等号（=）必也会发生变化，时而变成大于号（＞），行星靠近太阳；时而变成小于号（＜），行星离太阳而去。这两种结果都会导致行星离开原来的轨道，使椭圆的圆弧被扯断，变成一条非开普勒轨道。 从行星运动的动力来源上看，近现代科学文献也没交待清楚。在哥白尼那里，行星在沿着一条圆周轨道绕偏心轴旋转，这只是描述了太阳系的运动现象，并没有提及行星运动的动力来源。在开普勒那里，太阳对行星“施加着某种影响”，即“推力”与“拉力”，但开普勒没讨论太阳所具这种力的来源与机制。牛顿虽然首次引入了“万有引力”与“离心力”，但在这两种力谁先谁后的问题上，犯了一个循环论证的错误，他一方面强调万有引力是由天体质量决定的，是天体本身固有的自然力。另一方面认为“离心力”是最本源的力，首先是行星围绕太阳转并产生了离心力，太阳的引力才与这种离心力达到平衡。若是行星不先围绕太阳运动，这种离心力就不会产生，也就引不出“万有引力”来与此平衡。 而行星为什么要围绕太阳运动呢？行星公转运动的最初动力从哪里获得呢？牛顿无法回答，只好把它推给了“上帝”，是上帝的“第一次推动”引起了行星绕日公转。当然，牛顿所说的“上帝”并不是那些教徒们口中所念的“上帝”，而是“必然”与“未知”的代名词。也就是说行星公转运动的第一原因是“未知”的，是受到了某种“自然力”的推动。 在康德、拉普拉斯的理论系统中，似乎用牛顿的“万有引力”赶走了牛顿的“上帝”，但正如前节所述，他们推想的星云前提同开普勒椭圆轨道是无法自洽的。布丰“灾变说”也是用牛顿引力来替代牛顿的“上帝”，但“日泥”随机断裂的间距无法说明提丢斯——波得定则，行星运动的动力机制不可能建立在这些“假说”的基础之上。 值得提起的是，爱因斯坦曾把太阳周围的空间理解为弯曲空间，行星运动的轨道应是某种“四维时空”中的短程直线，行星本来在按牛顿第一运动定律作匀速直线运动，只是让我们这些三维空间的人看起来在做某种椭圆轨道运动。笔者不准备对这种相对论解释进行评论，但有一点是清楚的，即使行星的运动是某种特殊空间系统中的直线匀速运动，它还是有一个第一推动力的问题，即是什么力量启动了这些行星走上了它们的“直线”轨道？爱因斯坦并没有给我们留下现存的答案。 因此，行星公转运动的动力来源问题是自哥白尼开始就遗留下来的老问题，不最终弄清这个力源问题，“牛顿平衡”就仍然是对开普勒椭圆轨道的现象描述，而不是最后原因。在没有彻底弄清行星绕日旋转的力学原因之前，就不能说椭圆轨道理论已经完美无缺。 七、二维星空背景上不能觉察第三维颠簸 在托勒密“偏地心说”那里，地球是宇宙中心点，天球包围在中心点外。哥白尼让地球与太阳换位，太阳成了中心点，地球这个“点”走到了一条圆周线上，匀速地沿着这个圆圈运动。开普勒发现了地球与行星的加速运动，引入了“面积”的概念，创立了“行星运动第二定律”，指明行星的向径在等量时间段内扫过等量的面积。 地球由托勒密圆心点到哥白尼圆周线再到开普勒椭圆面的过程，也就是地球轨道从无到有，从正圆线到椭圆面的认识过程。那么这个认识过程是不是终结了呢？显然不是，地球在太空中的真实轨道，绝不会是一个固定不变的二维面，而是在太空中不断变化的三维空间轨迹。犹如钻出地球大气层的火箭，从发射到回收，它绝不可能在一个固定不变的二维轨道平面内运动。 目前，我们之所以承认开普勒椭圆轨道是真实的，与观测结果相符，是指在一个平面的星空背景上，所有行星都会按原来计算的值走到这种假想球面星空中的每一个位置，而且在几百年的观察资料中，这些行星都不偏离这条轨迹。然而，如果行星有接近或远离地球观测者的值，我们在短期内是测不出来的，而这个值只有在黄极上空的观测者才能精确地测量出来。 也就是说，我们今天确定行星是否忠实地沿着椭圆轨道运行，不能只站在黄道平面上检验，还应取一个第三维的视角。这如同我们在卫星上鸟瞰重庆至上海班船的航迹，无论是涨水或是跌水，其航迹在大地平面上是一样的，但涨水时的航迹要高于跌水时的航迹，两条航迹的第三维通道是不一样的。 卫星拍摄的城市照片也是如此，只有帝国大厦的楼顶平面能显示出来，如果这个平面移动了位置，说明大厦已经在地面上平移。如果大厦的楼顶平面是不会破碎的整体，一旦整幢大厦在原处坍塌，第二次卫星照片出来时，帝国大厦的平面坐标也不会有任何位移。我们观察的月面与日面也是如此，尽管月球的轨道偏心率已达0055，近地点与远地点相差2000多公里，但月面的照片却看不出什么区别。 虽然9大行星并没有围绕地球运动，但地球与它们大致处于同一个黄道平面内，这些行星的轨道圈是在向内收缩，还是在向外胀开的问题，是地球上的人无法观测的。哪怕行星在某轨道区间作这种短距离的上下运动，地球上的观测者也只能看到它们速度的变化，而不能测出它们离地球距离的变化值。 比如勒维耶与伽勒在1846年研究天王星轨道时，就发现天王星在经过一段明显加速运动后，又发现它在做减速运动（见图二十五）。通过牛顿“万有引力”定律计算，在天王星加速进入减速的拐点处必有一颗还未被发现的行星，后来被证实是海王星，正是因为海王星对天王星产生了引力摄动，才使天王星的轨道速度发生这一微小的变化。 在观测天王星运行速度的时候，我们并没发现它偏离了原来的轨道，因为以天球黄经与赤纬为坐标的星空背景并没反映出这种变化，天王星既没向南黄极偏离也没向北黄极偏移。但当天王星轨道速度加快时，它实际上是在远离地球的观测者，有加速向海王星靠近的趋势。此时的海王星也有向天王星靠近的趋势，海王星已离开原轨道，向地球观测者方向缓慢靠近。这个道理很简单，即引力摄动是对天体双方而言的。 由于天王星的公转轨道速度比海王星快，当越过太阳到海王星的引力连线之后，仍然受摄动引力的拖拽，故天王星的轨道速度开始减慢，海王星的轨道速度开始加快，这时的天王星与海王星仍然各有回到原轨道高度的趋势。但此时的地球观测者无法看出两星在轨道上的起伏变化，只能通过星空背景来确知天王星在做减速运动，海王星在做加速运动。 举上面这个例证，是要说明行星不可能固守理想中的开普勒椭圆轨道(如虚线所示)，单凭星空背景这种二维球面上的观测证据是不能保证行星在轨道上上下颠簸的。如果对行星运动进行长时期观测，很难说这些行星不会簸离原来的轨道。虽然太空中的引力大环境不会在短期内发生变化，但诸如星体“摄动”之类的引力小环境是在随时变化的，有时两颗行星之间的引力摄动过程还没完结，另一颗行星又走了进来，参与更复杂的摄动过程，经过这一连串的轨道“波动”之后，谁也不能保证每一颗行星都会一丝不差地回到它们原先的轨道高度与线迹上来。如果每次都会偏离原来的轨道高度，那么行星之间、行星与慧星之间的相互摄动，必然导致原开普勒理想椭圆的断裂，这些天体必在运行中选择新的轨道。 在银河系这个大环境中，太阳系正以每秒 八、开普勒轨道“牛顿解”中的另一个上帝 如前所述，牛顿是用“万有引力”原理来解释炮弹抛物线轨迹的，又是用抛物线轨迹来解释开普勒行星椭圆轨道的，这就带来一系列问题，即行星这些“炮弹”走上椭圆轨道的初速度是怎么确定的？不同行星是从何处步入椭圆轨道的？它们维持这条椭圆轨道的“推力”从何处获得？它们的轨道平面为什么与黄道平面大致平行？ 如果开普勒椭圆轨道是不可变更的，我们就应该能从九大行星的轨道数据中找到一种定量关系，比如行星公转平均速度应随日星距的增大而按比例减慢。但由表三最后一列数据可以看出，行星在不同轨道的平均线速度虽然大致同它们离太阳的距离成反比，但这种反比关系中并没有一个固定的比值，这说明行星公转运动中还有某些未知的原因需要跟踪。 我们已经知道人造卫星的发射原理，要使卫星在不同轨道高度内维持一条近似封闭的椭圆轨道，就必须掌握好入轨时的速度，如果速度太快，卫星轨道就会一圈比一圈高（大），慢慢离开地球而去。如果速度太慢，卫星轨道就会一圈比一圈低（小），慢慢向地球低空接近。只有把入轨速度控制在一个尽量准确的值上，这条轨道才是真正的椭圆轨道，卫星才会一圈一圈地“重复”它原来的轨迹（见图二十六）。 表三：十颗行星旋转运动的比较数据 行星名称与太阳的平均距离(亿公里)平均赤道半径(公里)公转周期 自转周期公转平均速度公里/秒 水星05792440879天586天4789 金星108260502247天243天3503 地球149663781年23时56分2979 火星2279339519年24时37分2413 小行星≈185 木星77871400118年9时50分1306 土星142760000295年10时14分964 天王星2872590084年16时左右681 海王星4496247501648年18时左右543 冥王星594613502479年6天9小时474 但实际情况是，绝对标准的轨道是不存在的，卫星不仅要在自由轨道上做上下的颠簸运动，而且其升交点也会不断地位移，轨道平面不断发生倾斜，近似椭圆的长轴不断进动，卫星自身还会不断地旋转晃动。为克服上述困难，人造卫星常常自身带有小型推进动力装置，以修正自己的轨道与姿态。 可太阳上空的行星则不然，它们无法携带任何动力装置，它们时常遇到流星雨的袭击，遇到太阳风高能粒子流(阵风)的吹拂，遇到某颗大彗星的引力摄动，当它们的轨道因各种原因发生轻微位移之后，用什么动力来修正自己的轨道呢？如果无法修正，我们怎么知道行星现在所使用的轨道，就是它们在10亿年前所使用的轨道呢？有什么根据证明行星的轨道在10亿年时间段内没有发生过任何变动呢？如果承认了这种变动，那开普勒椭圆轨道还是不是绝对封闭的呢？还是椭圆的吗？如果不是绝对椭圆的，那太阳还是椭圆上的焦点吗？ 由上可见，即使牛顿的9颗行星炮弹是上帝打出的，精确地设计了它们入轨的初始速度，也不能保证它们永远维持这个速度。意思是说，牛顿的“上帝第一推动”不足以一劳永逸地保证行星获得一条开普勒椭圆轨道，还需要另一个“上帝”来不断修正这些行星的轨道，使它们不要脱离原先的开普勒椭圆。这样，太阳系内的运动秩序就一刻也离不开“上帝”，离开了“上帝”就会星际大乱。“上帝”既是行星运动规则的制定者，也是执行者。可见，从牛顿的“万有引力”到开普勒“椭圆轨道”之间，仍然需要一个“上帝”的意志与力量存在，“万有引力”定律仍然没有说清行星的开普勒椭圆运动。 还有行星轨道平面的“共面性”问题，行星公转方向的“同向性”问题，行星轨道偏心率的“近圆性”问题等。哥白尼、开普勒、牛顿都只是描述了这些现象，并没有回答这些现象背后的原因。到了21世纪的今天，现代天文学家仍然极力回避这些问题，因为他们交不出一张令人信服的答卷。当然，他们对研究什么宇宙奇点与空间弯曲是很在行的，也许人家不愿意去研究这些“低级”问题，懒得去找这些轨道现象背后的原因。 比如近十几年的外行星探测表明，木星外围的木卫八、木卫九、木卫十一、木卫十二都是反向公转的卫星，海王星的海卫一也是逆行旋转的卫星，它们逆行的原因是什么？难道冥王星轨道以外不再有逆向公转的行星？如果我们哪天发现第十大行星是反向公转的，而且是它与木星的转角相遇而导致了太阳11年活动周期，那时还讲不讲行星轨道的“同向性”呢？同理，如果我们在冥王星轨道外发现的行星远离现在的黄道平面，其轨道平面高度倾斜，那时还讲不讲行星轨道的“共面性”呢？要是发现更多的哈雷彗星在冥王星轨道之外运动，那时还讲不讲太阳系内各天体轨道的“近圆性”呢？如果开普勒、牛顿的理论只能解释太阳系最内9圈轨道上少数天体的运动，而不能解释外面11圈轨道上更多天体的运动，那么这套理论就是有局限的，就不能算是天体运动的普遍性规律。因此，我们还必须跳出现有轨道理论的框架，去寻找太阳系内天体运动的深层原因。 九、能量不守恒与“分配不公” 去南美洲旅行，可去观看排山倒海般的亚马逊河口春分潮，我们中国则有波涛汹涌的钱塘江秋分潮，地球拥有70%的水域面积，每天两次的潮汛释放着巨大的天文能量，这种能量来源于日、月、地三球之间的相互引力，是引力势能转化成了潮汐能。如果天体的引力势能没有任何变化，那么地球上的潮汐能就失去了能量的提供者，人们就可以用这部潮汐“永动机”不停地发电或行船，德国赫尔姆霍茨（H·Helmholtz，公元1821～1894）的能量守恒定律就可以废弃。 如果日、月、地三球之间的引力势能发生了变化，就必然导致牛顿“万有引力”与开普勒“轨道离心力”的失衡，如果月球引力势能丢失了一部分，那就意味着地月距在缓慢地减短，月球就会越过原来的椭圆轨道，使轨道高度螺旋式降低。降低的结果必然损失月球的势能，当势能太小时就会坠向地球，月球现在的椭圆轨道被最后否定。 若要保住开普勒椭圆轨道，月球就必须保有固定的轨道高度，使自己的引力势能不致有任何丢失。若真是如此，地球上的潮汐能必同月球的引力无关，可这又与牛顿用“万有引力”来解释潮汐现象相矛盾。看来，在潮汐问题上，开普勒同牛顿的矛盾很难调和。要么承认牛顿引力，抛弃开普勒椭圆轨道；要么承认开普勒椭圆轨道，而放弃牛顿引力。面对这种两难选择，21世纪的天文学家该向哪方倾斜呢？ 表四：行星质量、温度、形态与卫星分布表 行星名称质量(地球为1)体积(地球为1)密度水单位表面平均温 度(℃)已发现卫星数有无光环 水星0050056546白天350夜晚-170(固体表面)0— 金星0820856526-33（云层）480（固体表面） 0— 地球100100055222（固液表面）1— 火星011015396-23（固体表面）2— 小行星 木星317941316133-150（海洋表面）16有 土星951874507-180（固体表面）21-23有 天王星1463652124-210（海洋表面）15有 海王星1722571166-220（固体表面）8有 冥王星00024000915-230（固体表面）1— 开普勒椭圆轨道还面对着另一种挑战，如果行星轨道是封闭的、既定的，那么太阳与各大行星的来历问题就无法回避。就太阳系内的9颗行星来说，它们各自的质量、体积、密度、温度、卫星数、光环等差别巨大（见表四），我们找不到理由把它们分别安置在由“提丢斯—波得定则”规定的轨道上。 就拿地球来说，为什么不到小行星的轨道上去呢？有什么理由要金星忍受酷暑，而让海王星忍受严寒呢？为什么让土星密度最低而让地球密度最高呢？为什么只让地球兼有固体液体表面？为什么卫星数目如此不均？为什么只让少数行星配戴光环呢？为什么小行星轨道上不出现一颗大一些的行星呢？当这些问题摆上桌面之后，人们很难相信太阳系内有什么公正的秩序，一切都显得那样随意、随机与偶然。 对于这10条按“提丢斯—波得定则”分布的行星轨道来说，上帝的分配是极不公平的，凭什么给木星轨道分配的质量要多于地球轨道318倍呢？为何上帝只舀一点点物质放在水星与火星的轨道上呢？同是太阳系内的一锅汤圆，为什么有的冰冷，而有的滚烫呢？以上这些问题，开普勒椭圆轨道理论是解释不了的，牛顿万有引力理论也回答不了，现代西方宇宙学同样回答不了。这就要求我们更加深入地思考问题，继续寻找这些问题的答案。 英文的内容太长，贴不上，就不对自己同胞假卖弄了（我尊重牛顿那个时代的英国人、美国人，但当代的这批人就不怎么好说了，他们用现在的语言吐露了太多的虚伪），也略去。因为是北大方正排版，里面的数学公式难以还原，但此地的物理学大家们会不屑一顾，也一看便知，本人就不再花时间重做了，还望其他读友谅解。 |
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不知雷先生的螺旋轨道是指什么样的图像？ 以下是我用万有引力理论模拟的天体形成轨迹图，二维的，便于分析。图中那个蓝色行星的轨迹我还是叫它为椭圆轨道，因为他的参照系是那个白色的恒星轨迹。  |