太阳系行星有趣的轨道量子化现象

太阳系结构,的确表现出类玻尔模型的量子性,对此我们还不知道是不是巧合。

  • 一个意大利的靠谱的研究见: 这里
  • 一个似乎很不靠谱的研究见:这里

第二个链接中有个凑出来的表,我们看到行星轨道的平均半径与一个量子化的经验公式匹配。而玻尔当时提出的模型,正是基于 Rydberg 描述氢原子光谱的经验公式。最终玻尔推导的电子半径公式,与行星轨道的经验公式非常相似。

第一个链接的文献(Phys. Lett. A)中有这么一幅凑出来的图:

在一定程度上,「量子性」在太阳系的确普遍存在。

1766 年,德国天文学家提丢斯(J.Titius)发现一个数列:(3n+4)/10.

将n用整数带入,与诸多行星的实际位置惊人相似。即称为所谓「提丟斯」定定律:

表格
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这样的「量子性」不光存在于行星轨道之中,小行星带中,存在很多缝隙(称作 Kirkwood 缝)。

它们所处轨道的周期,与木星轨道的周期比约(其实较精确)为:3 : 1,4 : 1,5 : 2,5 : 3,4 : 3.

这与木星的引力摄动造成的共振有密切的关系。诸多存在光环的行星,如土星,亦有此「量子性」。

从这样的角度看,的确有很多相似之处。至于行星轨道「量子性」的形成,这里给出一些猜测。

在太阳系产生的初期,开始时产生的大质量天体,会对其轨道内部的物质产生引力摄动,进而产生共振。从而,出现一定程度的量子化效应,其后,其它行星,则以此为基础产生。从而出现了较为近似的「量子性」。

注1:此文修改于本人在知乎上的一个回答

注2:这里使用的「量子性」是借用这两个汉字的本意,以表示其「分立」的特征,与量子力学应有本质区别。

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