近日点的进动

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水星和地球绕太阳运行的轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。行星运行时离太阳最近的点叫做近日点。天文观测发现水星和地球的近日点均有进动现象。天文学家就这种现象进行探索和研究，从而给出合理的解释。

一、近日点进动的观测

天文观测，围绕太阳运行的行星的轨道是一个椭圆，行星运行到距太阳最近的点时，把这个点称作近日点。天体轨道只有一个近日点。然而，根据天文学家对水星和地球的多次观测发现，近日点不是固定不变的，行星的近日点在它的轨道平面上移动。对于水星，近日点每100年向前移动5601角秒左右。

二、水星近日点的进动

1.水星近日点进动的模拟

实际天文观测发现水星近日点的进动与牛顿定律不相符合。水星绕太阳运转的轨迹的近日点绕太阳转动，且每世纪为5601角秒。用牛顿定律对其进行解释（包括地、金、木对水星的万有引力作用），但理论预言的值是5558角秒，与实测值相差43角秒。根据科学家的研究分析，这是引力使空间发生弯曲的结果。

2.广义相对论解释水星近日点进动

行星的绕日轨道并非像经典力学中得出的那样是个严格闭合的椭圆。实际上，行星的轨道存在进动现象。科学家观测发现水星在绕太阳运动时，其椭圆轨道本身在它的轨道平面内沿水星运动方向缓慢运动。每转一圈，椭圆的长轴也略有转动，水星近日点就在空间移动。所以行星近日点的矢径在行星绕日转过一周后，其方位角并不是增加2π，而是要比2π稍大一个角度？荦φ。由现代天文学、物理学知，在弱引力场情形下，牛顿引力理论是相当好的理论。但水星离太阳太近太阳与水星之间的引力比太阳与其他任何行星之间的引力要大。所以，这里更适合用的理论是爱因斯坦的广义相对论理论。

按广义相对论，质点在引力场中的自由运动是沿引力弯曲时空的短程线进行的，用施瓦氏度规描述太阳的引力场，行星的轨道方程：

这种进动效应虽然微小，但它是积累的。代入水星的质量、半径参量。计算的每个世纪这一角度的相应值是42.89″，天文观测的结果是42.6″±0.9″，实验与理论非常完美的结合。水星是最接近太阳的内行星。离中心天体越近，引力场越强，时空弯曲就越大。再加上水星的偏心率比较大，所以进动的修正值也比其他的行星大。

3.太阳的扁率对水星近日点进动的影响

对于是否还有其他重要的因素引起水星轨道的进动，至今仍有争议。讨论最多的是太阳扁率的影响。如果将太阳视为旋转椭球体，设其赤道半径为α，沿旋转轴的极半径为c，则水星轨道方程为：

如果太阳的形状是严格的球体且质量分布均匀，那么？荦φ=0。由上式知太阳的扁率引起的进动角1.03″。如果太阳的质量分布不是呈球对称分布，由上式可看出，太阳的这种非球形效应对水星近日点的进动是有影响的。

三、地球近日点的进动

1.地球近日点进动的解释

由于其他大行星的摄动的影响，地球公转轨道的近日点也有进动现象，周期约为21000年。公元1250年地球到达近日点的时间是在冬至附近，而目前则是每年1月3日或4日到达近日点。

2.地球近日点进动对气候的影响

地球近日点的进动虽然微小，但也是造成地球气候变化的重要因素之一。分析表明，过去的地球气候普遍表现出与23Ka岁差周期，41Ka地轴倾角周期以及100Ka偏心率周期相对应的变化。而岁差是地球公转过程中因地球自转轴进动引起的近日点的位移产生的。它包括太阳和月球引起的进动和其他行星的引力引起的进动。

根据形成第四纪冰期与其间冰期转换的天文冰期理论，近日点进动对气候的变化起决定性作用。根据轨道周期，1万年前近日点在夏至，是北半球最温暖的时期，北半球在夏天离太阳最近，接受太阳辐射最多，导致末次冰期的冰川急剧融化。这个暖期从20500年前到10000年前，历时10500年，之后逐渐变冷。公元1250年近日点在冬至，南半球最暖，北半球最冷，这个冷周期是从10000年前到公元1250年，之后逐渐变暖。地球上的冰期就是这样循环着的。

（作者单位：河南省商城县上石桥高中）