天體力學與重力
軌道進動
行星的軌道是一個橢圓,但橢圓本身不必靜止不動。想象那條狹長的軌道橢圓在自身平面內緩慢旋轉,像花瓣一片接一片畫下、每片都比上一片稍稍轉過一點,於是最近點每繞一圈就再往前漂一些。軌道這種緩慢的轉動就是軌道進動。
只要受力不是一個完美的、孤立的平方反比拉力,進動就會發生。在純兩體牛頓軌道中,橢圓是固定的,並精確地自我閉合。但其他行星的拉扯、中心天體的輕微扁化,以及相對論效應,都打破了那份完美,使軌道的取向緩慢前移(或後移)。這種漂移通常極小——每世紀以度的微小分數計——但在許多圈軌道上無情地累積。
進動因一樁歷史性的驚奇而聞名。水星軌道每世紀進動約 574 角秒,而計入所有其他行星的牛頓重力解釋了其中除 43 角秒以外的全部。那頑固的剩餘在 1915 年前一直無解,直到愛因斯坦的廣義相對論從太陽附近時空的彎曲中恰好預言了那多出的每世紀 43 角秒。水星的進動由此成為廣義相對論最早的勝利之一,也是牛頓圖景必須讓位之處的清晰路標。
水星近日點每世紀 43 角秒的反常——一種慢到要數千年才累積成一度的漂移——正是廣義相對論毫無湊合係數地恰好抹平的那一差異。
一個微小而頑固的漂移,成了對一種新重力理論的決定性檢驗。
水星進動的大部分是來自其他行星和坐標系選取的普通牛頓物理;只有那一小段 43 角秒的剩餘才是相對論性的。人們容易誇大相對論的那部分,它真實存在,卻只是整體中極小的一片。
又稱
另見