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天文学观测实测出地日距的周年变动吗？

已有 572 次阅读 2026-7-17 10:19 |个人分类:新书介绍|系统分类:论文交流

天文学观测实测出地日距的周年变动吗？

在《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中论证了，相对论观点下二体系统的固有运动（Intrinsic motion）是：在任一个坐标系统中看，二体系统的固有运动是一体围绕任意方式运动的另一体，依微分形式所代表的等面积和等轨速条件作螺纹状运动；螺纹轨迹任何处的曲度不变，没有丝毫最大、最小曲度的椭圆轨道意义，等面积运动常数和等速运动常数都和另一体的运动形式无关。天文学上所有“双星”都是一体围绕另一体作半径大小不变的圆运动，而位于圆心的另一体总是以某一定的方式运动着。如果位于圆心的一体作直线运动，那么围绕它的另一体就是曲度不变的螺纹状运动。

然而，对地球和太阳这一个二体系统，天文学上实测地日距离有没有观测到明显的地日距由最大到最小的周年变动呢？如果有，那么这个观测结果是怎么产生的呢？

众所周知，天文学上把“平均地日距” 称为“天文单位”。2012年8月30日第28届国际天文学联合会大会发表了B2决议，规定将天文单位的长度确定为149597870700米。在《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中，详细分析审查了“地日距”的测定工作，提请天文学家注意上面“天文单位”中所称平均地日距里面的“平均”二字的意义。看看是否真的一年春夏秋冬四季的岁月推移里，实测得的地日距确有不同，而后取其平均值；或还是依目前理论一年四季应该测出不同数值，而事实上却测出相同数值。这是天文学上应付审议的一个重要问题。

日球的角径在一年里的变动，是清清楚楚可以测量出的，其最大值为32＇33＂最小值为31＇30＂，可以准确测出四以至五位数字（第五位相当秒的第一位小数），周年的日角径变动幅度约为1/31。这被认为是地日运行的所谓“椭圆轨道”的一个实测根据，因为这个日角径的变动被认为必然是由于地日距的变动。那么，实测地日距的结果，岂不是也应该测出相当1/31的变动吗？从地球上毕竟没有架起云梯直接将距离量到地球外的方法；自然还是要将地球上已量好的距离或速度作为标准，依据测角结果去推算地日距。历史上主要有二种方法：一个方法是以地球的半径为标准，测太阳对着这标准的“视差角”；即，当太阳在地平线上时，地球半径对准太阳同一点的角度，称为“太阳地平视差”。就其主要原理应称为几何方法；另一个方法是以地球上测定的光速为标准，由地日运行而产生的“光行差”方向偏移去测地球在轨道上的速度，然后再由“等面积运行”定律去测地日距，就其主要原理应称为物理方法。

令人不解的是：在现有的天文观测数据资料中，相当“地日距”的“太阳地平视差”的观测数据，都不报告一年测得的最大值和最小值，也不加“平均”字样。例如，查经典天文著作（H.N.Russell, R.S.Dugan, J.Q.Stewart, Astronomy ,Ⅵ The solar system,[M], Boston, Ginn and Co. ,1926），从1889年到1924年，有四个测定“太阳地平视差”的数值报告,它们是：8＂.802±0＂.005 ，8＂.806±0＂.004 ，8＂.807±0＂.0027，8＂.809±0＂.005。不报告一年测得的最大值、最小值，也不加“平均”字面，报告出的实测精度指标，如±0＂.005 也比8＂.802 的1/31，即0＂.28，小得多，如果是单纯技术上的精度指标，它必须是多年同日的测定才有意义。从1896年开始应用的纽康天文常数系统到1976年国际天文学联合会通过的最新天文常数系统，都将“太阳地平视差”作为一个常数给出，其数值现在确定为8＂.794148，也没有说明它是不是一年测得的平均值，难道天文实测工作确实没有测出过太阳地平视差相当于0＂.28的周年 1/31变动吗？

另外一个确定“地日距”的实测“周年光行差”方法同样只报告出“周年光行差常数”。在1976年国际天文学联合会通过的最新天文常数系统中，光行差常数为20＂.49552±1＂×10^－6，它的1/31变动为0＂.6611。称“常数”而不说明最大值、最小值和平均值，是不是指在任何季节里测定的都是不变的常数，测不出幅度的应有变动？而这±1＂×10^－6的精度指标显然也只是单纯观测技术上的精度问题。

在《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中，详细审查了上面两个主要测定“地日距”的方法，认为在技术操作上都应测出上述“0＂.28”和“0＂.6611”的周年变动幅度。但是，天文学上将“太阳地平视差”、“周年光行差”和“天文单位”都作为等同名词，都不加上“平均”字面；尤其是将它们作为“常数”，其意义不可能没有任何根据。不过，我们现在必须搞清楚的问题是：它们的周年1/31变动幅度究竟是否已经测出？如果没有被测出，那为什么测不出？测不出是不是就是无此变动？

那么下面进一步要问的问题是：为什么太阳的角径在一年里又确是有清清楚楚很容易测出的由32＇33＂，到31＇30＂的变动？这个变动能说明地日运行的轨道是椭圆吗？

在距离无变动的条件下，角径被测出确有变动，主要原因是基于以下的事实：（1）二体题解算中被当作不动坐标原点的一体并不是真的在空间固定不动，而是一直也在运动着；（2）光速不是无限大，而是一个有限数值。所以，观测角径时被观测体的位置并不是观测时它的位置，而是早一段时间前的位置，这里面有一段“光时”差；这就使二体系统运行轨道面里对着坐标原点速度分量的方向上显出由角径变动而生的椭圆轨道长径的假象，完全和带着自由下落物体一起转动的地球在北半球地面上能实测实算下落物体的东向偏移情况一样。如果太阳是停在空间某一点上不动，日角径变动肯定是代表地日距的真正变动。然而这个“停在空间某一点上不动”的说法是不正确的。在1976年的最新天文常数系统中太阳运行速度为每秒19.75公里；而方向则大致都朝向所谓椭圆轨道的“近日点”，并和黄道面约相交50°左右。量二点距离必须二点相对不动才有意义，也才好量。用光速299792.5㎞/s去除天文单位149597870.7㎞，得到其数值为499秒。如果地球绕太阳的周年轨道是圆形，而太阳在圆心停着不动，这个相当地日距的499秒光时对日角径的观测无影响，即对地轨的形状无影响。但是如果整个圆和圆心动着，情况就大不同了。光的传播的“推迟”效应使地球上接收到的光，是太阳在t=R/c前的位置发出的。现在太阳运行速度有一个相当大的分量在所谓地轨面朝近日点这方向上；地球在所谓近日点时，光从太阳出发时的地点比到达地球时的地点远，日角径就显得小些；地球在所谓远日点时，光从太阳出发时的地点比到达地球时的地点近，日角径就显得大些。又因为地球实际被太阳运行带着一起走，地球上观测者当认为自身不动，相对地显出太阳运行的方向和实际相反，所以上面所述的日角径大小变化也和实际在近日点、远日点的情况相反。这个大小差别随太阳运行速度而异；地球在春分、秋分点时，地日方向上没有这个太阳运行速度的分量，所以日角径无变动。这个道理足以造成因观测日角径而设想的椭圆轨道假象。在《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中对此做了详细分析和讨论，欢迎感兴趣的天文学家和天文爱好者读后发表意见。

必须肯定：决不可以采用太阳在空间固定不动的想法，不可以设想地球绕太阳运行一周年后又回到一年前原来空间上那一点。如果太阳运行是走一段直线，地球绕太阳多年的空间轨迹就像螺丝钉上的螺纹；如果太阳运行多年的轨迹是稍有弯曲的众多可以看作是直段的联结曲线，地球绕太阳多年的空间轨迹就像电磁学实验室里常可以见到的弯曲的线圈。太阳不是停在空间不动，这是铁的事实！决不能因为经典力学解算二体题微分方程时，将太阳当作不动的坐标原点，而认为它真的不动。在这样相对运动观点下，引进日角径变动所代表的椭圆轨道，和北半球地面上坐标系统能算出自由物体下坠的东偏南偏现象一样。自由物体下坠的东偏现象是可以实测实证的“假象”，其原因是地球带着下坠物体一起转；所以太阳在空间运动使地球上观测的日角径最大、最小值变动带来的椭圆轨道“假象”也可在日、月蚀的计算问题上同样派用场，不会出错，其原因是太阳带着地球一起走。但这决不是相对论观点下“二体题”解算出的真实固有运动。

太阳系本身应是一个多体系统，地日二体系统的单纯解算必因多体系统的干扰而有点走样。可以肯定，二体系统内二体间的任何力的关系，无法造成二体间的独特两个垂直方向，来确定所谓椭轨运行的长、短半径方向；只有二体系统作为一体在上级多体系统内的速度方向，才对二体题本身成为相对的独特方向。由此可以确定地球和太阳在上级多体系统里的固有速度。在《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中依此，推算出太阳在整体宇宙内的固有空间速度为u_A=5010（km/s），地球在整体宇宙内的固有空间速度为 u_B=16770（km/s）。这是宇宙科学家应起码认识的两个常数。对人类的认识和计划性飞出太阳系外的事业来说，是必须考虑的两个重要常数。地球上的人和物在任何时刻都分享到这样大的速度，也就是在这样的常数主宰之下活动。以上结论肯定会引起一些有关天文知识的骚动。对此有任何疑惑的天文学家和天文爱好者可以细读《相对论研究进展——隐埋半个世纪的相对论研究》^[1]一书中有关论述，发表意见展开讨论。