無論是身處學校還是步入社會,大家都嘗試過寫作吧,借助寫作也可以提高我們的語言組織能力。相信許多人會覺得范文很難寫?以下是我為大家搜集的優(yōu)質范文,僅供參考,一起來看看吧
天體的體篇一
一直以來我對于天體物理方面最感興趣的是黑洞理論。
黑洞是根據廣義相對論所預言的,宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體,它是由質量足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后,發(fā)生引力坍縮而形成。因為它的質量非常大,所以它的引力場也非常強,以至于任何物質和輻射都無法逃離它的吸引,甚至連光也無法逃離。所以光無法反射出來到達我們的眼睛,因此我們看到它總是黑洞洞的,人們才給它起了個名字叫黑洞。
黑洞并不是像地球那樣實實在在的有固定形態(tài)的星球,而是一個幾乎空空如也的天區(qū)。它是宇宙中物質密度最高的地方,地球如果變成黑洞,只有一顆黃豆那么大。黑洞中的物質不是平均分布在這個天區(qū)的,而是集中在天區(qū)的中心。這些物質具有極強的引力,任何物體只能在這個中心外圍游弋。一旦不慎越過邊界,就會被強大的引力拽向中心,最終化為粉末,落到黑洞中心。黑洞是看不見的,因此科學家們只能依靠它發(fā)出的輻射和對相鄰恒星的萬有引力作用來判定它的存在。黑洞周圍由于引力強大的因素,理論預期會發(fā)生時間場異?,F象。
根據黑洞的起源和形成過程可以把他分成3類:恒星級黑洞(主要是在大質量恒星死亡時超新星爆發(fā)過程中形成的),超大質量的黑洞(由于星系動力學,如超大質量或相對論性恒星集團的塌縮,或者是星系并和等原因在星系中心形成的),原初黑洞(在宇宙的密度擾動或相變過程中所所形成某些極端條件下,會形成一系列質量分布較廣的黑洞)。黑洞只有三個物理量可以測量到:質量、電荷、角動量。也就是說:對于一個黑洞,一旦這三個物理量確定下來了,這個黑洞的特性也就唯一地確定了,這稱為黑洞的無毛定理。關于黑洞有力學四大定律:黑洞力學第零定律,被根斯坦-斯馬爾公式,黑動力學第二定律,黑動力學第三定律。
美國斯坦福大學的天文學研究小組在遙遠的宇宙中發(fā)現了到目前為止堪稱最龐大最古老的黑洞。其質量是太陽質量的100多億倍,位于大熊座星系中央,與地球的距離約為127億光年。據來自斯坦福大學的羅格-魯曼尼表示,科學家們初步確定這個黑洞的年齡約為127億歲,也就是說,它在“大爆炸”之后10億年 內就已經形成了。
美國宇航局2010年11月15日發(fā)現地球附近有一個年僅30歲的黑洞,這也是人類科學史上發(fā)現的最年輕的黑洞。這個30歲的黑洞是距離地球約5000萬光年的m100星系中的超新星“sn1979c”的余燼。
國際天文學家通過美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的一項最新觀測結果,在宇宙中某一狹窄區(qū)域范圍內,首次同時發(fā)現了多達21處卻一直深度隱藏著的宇宙“類星體”黑洞群。分的證據使人們相信,在浩瀚的宇宙中,的確充滿著各種各樣未被發(fā)的巨大引力源泉--“類星體”黑洞群體。
天體的體篇二
【注音】: tian ti
天體解釋
【意思】:太陽、地球、月亮和其他恒星、行星、衛(wèi)星以及彗星、流星、宇宙塵、星云、星團等的統(tǒng)稱。
天體造句:
1、除非你的物理學專業(yè)極端理論化,或者是天體物理,否則你通常是可以在工業(yè)界找到一個相關的職位的。
2、它是為進入火星和木星之間的小行星帶中環(huán)繞一個天體的軌道而進行的第一次探索。
3、他發(fā)的電子郵件會告知發(fā)現時該天體的坐標,以便其他天文學家可以跟蹤它。
4、綽號“復仇者”或者“死亡之星”的未被發(fā)現的天體可能是一顆紅矮星或者褐矮星,甚至是更暗的物質,質量幾倍于木星。
5、星星和星云看起來只是斑點點,或者是小片的光,但它們確實是巨大的天體。
6、如果所有的天體移動,那他們肯定因此隨著地球而動,也就是隨著我的煙頭而動。
7、“本質上,該天體幾乎都存在于我們的后院。”他補充說道。
8、雙重星系上方的雪茄形天體是星系群中的另一個成員。
9、如果朝正確的方位觀測,靈敏的紅外望遠鏡可以捕獲這樣的天體發(fā)出的輻射。
10、這樣的觀點也許在今日看起來相當幼稚,那是因為現代的時鐘可以對時間進行精確的記錄,而天體卻不能。
11、萊納特說找到這些天體越來越困難,因為它們的光線及其微弱,并且內部擁有的恒星和氣體太少,從而使得它們不為人知。
12、技術的進步為天體物理學引入如此多的洞察,使得天文學成為依靠密集型計算機最多的自然科學之一。
13、如今這個天體已經不能再承載已經推動社會發(fā)展200年的經濟增長模式。
14、這些齒可以像尺子一樣用來異常精確的測量激光器、原子、天體或其它物體發(fā)出的光的頻率。
15、雖然月球上這種相互作用過程的長期效應并不顯見,但是“相似的過程將在整個太陽系內部無空氣、富含硅酸鹽的天體上發(fā)生。”她這樣說道。
16、該星系在無月夜的夜晚可由肉眼觀測到一個小光斑,它也是不借助望遠鏡能被肉眼觀測的最遠天體。
17、中國在金融上等同于宇宙間那最令人恐懼的天體嗎?
18、其次,引力的強度還取決于天體之間的距離。
19、因此,研究任何位置的未知年齡的新生黑洞是不太可能的,尤其是臨近我們的?!氨举|上,該天體幾乎都存在于我們的后院?!彼a充說道。
20、根據月球形成的一種理論,在數十億年前,一顆火星大小的天體與年輕的地球發(fā)生了碰撞。
21、最終,它們會損失掉所有冰,剩余的部分則變成與小行星類似的惰性易碎天體。
22、這類富含碳的小行星屬于太陽系最古老的天體,上面可能有水和重要礦石,還可能提供有關地球生命分子起源的線索。
23、這臺新望遠鏡被其他四臺高功能設備環(huán)繞坐落于智利阿塔卡馬沙漠中塞羅帕瑞納山頂,這兒遠離城市燈火,是觀測天體奇觀最理想的所在。
24、水銀是液態(tài)金屬,水銀,行星,是肉眼能看到的運動最快的天體,火星,鐵,為什么火星是紅色的?
25、暗物質和暗能量,當前天體物理學中許多未解之謎的源頭,將出現在很多發(fā)生在太空和外星的故事中。
天體的體篇三
草坪五中天文組2012年工作總結
2013年到來,再回顧2012年,天文組的工作又邁上了一個新的臺階。
學期伊始,天文組的新社員招募工作就如火如荼地展開了,經過報名,天文組共錄取了10余名新社員。雖然學校的場地設備有限,同時作為一個剛辦起來的社團,獨立地組織天文活動是比較困難的。因此,在2012年,我們主要以參與效實中學及天協(xié)的天文觀測活動和各類講座為主,以此培養(yǎng)社員們對天文的興趣,增長知識。
2012年五中天文組參與的主要活動如下:
2012年4月,我們天文組剛剛成立,完成了對學生的問卷調查,開辦了適合我們學生的天文課程。
5月21日,天文組迎來了第一次天文觀測活動,日全食觀測活動。我們全組上下從知識儲備到觀測計劃都做了周密的準備可是糟糕的天氣讓我們的一切工作都顯得的徒勞。
2012年6月6日,這是我們期盼已久的金星凌日。雖然天公不太作美,但是由于社員們的不拋棄不放棄的努力下,終于完成了這次觀測,并由社員拍下了金星凌日的實況照片
開學后,招收社員,召開社員大會。
10月中旬,招收新社員,老社員學習望遠鏡的使用
12月,計劃觀測木星及木衛(wèi),m45,m31,m42,由于時間和天氣原因只觀測了木星及木衛(wèi)
這一年的每一次活動都無不透露出活動主辦學校、單位的用心,講座、觀測、宣傳、聯(lián)誼,各種各樣的活動都能在天文組中百花齊放,社員們也在其中學習到了很多在課堂中學不到的知識和技能。特別要感謝天協(xié)的各位老師、專家,以及效實中學的夏炳老師、施毅社長、趙豪奇副社長和一些骨干社員,提供給了我們許多參加精彩活動的機會。也感謝其他兄弟學校天文組各位負責老師和社長,讓我們有機會共同提高,交流心得。
當然,天文組的進步也離不開每一位社員的努力,在本學期中,很多同學都積極參與到各種活動中來,為天文組增添生機。
在新的一年,我們也將立下更高的目標,并且朝著這一目標不懈奮斗。相信在2013年,天文組會有更好的活動,更大的成功來回報所有支持、關心天文組成長的人。
祝愿天文組的明天如星光般燦爛!
草坪五中天文組
2013年3月
天體的體篇四
天體長跑簡史
1987年10月11日上午8時半,在中山紀念堂廣場舉行“廣東省廣州市迎接第十一屆亞運會長跑活動”起跑儀式,由1015名長跑健兒從中山紀念堂東門出發(fā),沿應元路、解放北路、環(huán)市中路、環(huán)市東路、天河路,跑至天河體育中心終點,全程10公里。
1987年,第六屆全運會火炬于11月18日由北京空運傳到廣州市,葉選平省長、朱森林市長等領導參加接火炬儀式。廣州賽區(qū)委員會當天下午7時15分開始舉行有2160名運動員參加的“迎全運–五羊火炬接力跑”活動。從白云機場起經火車站、人民路、中山七路、荔灣路、華貴路、寶華路、第十甫路、六二三路、人民橋、同福路、海珠橋、泰康路、萬福路、越秀南路、東華西路、東山區(qū)委、倉邊路、越華路、越秀區(qū)政府門前、東風中路、連新路,終點為市政府門前,全程25公里。六運會火炬在市內接力傳遞3天,然后進行第二次活動,于11月20日在市政府門前舉行起跑儀式,由100名優(yōu)秀長跑運動員護送火炬跑進天河體育中心,把火炬交給省優(yōu)秀運動員點燃大會火炬。
1987年12月13日舉行了由廣州市體委主辦的“百事可樂杯”馬拉松賽,這次比賽首次采用正式馬拉松競賽方法,起終點均設在天河體育場(天河體育場-黃埔大道-天河體育場)。此次活動設男、女子馬拉松、男、女子20公里、男女混合(2男2女)4×10.54875公里馬拉松接力賽,共有1200多名長跑健兒參加了競逐,比賽結果男、女子馬拉松冠軍分別是火炬長跑隊的伍岳和廣州體院的張梅珍,成績是2小時47分55秒和3小時43分01秒;男、女20公里跑冠軍是廣州體院的的譚子波和佛岡的朱水連。成績分別是1小時1分22秒和1小時15分58秒;男女混合接力冠軍是火炬長跑隊,成績是2小時50分11秒。
1989年4月23日上午,在天河體育場舉行“百事可樂杯”馬拉松賽暨第十屆廣州市運動會馬拉松賽。本次比賽除設男、女子馬拉松賽項外,還設男、女子10公里賽。1700多名健兒參加角逐,途經中山大道、廣深公路然后折返天河體育場,東山區(qū)選手伍岳以2小時46分18秒的成績獲得市運動會男子馬拉松首枚金牌,從化縣陸艷紅以3小時34分9秒獲得市運動會女子馬拉松金牌。
1990年11月18日上午8時正,由國際奧委會贊助的廣東(廣州)萬人馬拉松賽的2.5萬多名長跑健兒,同時從主賽場天河體育中心和黃埔區(qū)、芳村區(qū)、番禺、花縣、從化、增城等6個分賽區(qū)起跑。主賽場的1萬多名“飛毛腿”匯成一瀉千里的洪流,涌上跑道,氣氛熱烈,場面十分壯觀。經過全程42.195公里的扣人心弦的爭奪,太陽神火炬長跑隊的張光明和李紅菊分別獲得本屆馬拉松男、女組冠軍,成績是2小時55分35秒和3小時35分。男女5公里組、男女成年組10公里、男女中老年組10公里的比賽同時進行。記錄本屆萬人馬拉松賽盛況的錄像帶和系列照片,被送往洛桑國際奧委會總部存檔。
1994年5月18日由廣東省人民友好協(xié)會和廣州體育學院舉辦的首屆中國國際24小時跑挑戰(zhàn)賽在天河體育中心舉行。男子紀錄創(chuàng)造者為廣州火炬長跑隊的鄧日明。首屆中國24小時超長跑挑戰(zhàn)賽終點設在天河體育場,當時45歲的鄧日明在24小時內完成了176公里,捧起冠軍獎杯?!氨荣惤Y束后,國際田聯(lián)超長跑協(xié)會主席馬科爾姆·坎布先生親自為我頒發(fā)中國男子紀錄獎杯,該賽事得到國際田聯(lián)的承認,我的成績也是中國首個24小時跑的紀錄?!编嚾彰髦两袢哉洳刂斈甑淖C書和獎牌。
1995年1月1日,由市體委主辦、香港雅仕企業(yè)集團公司協(xié)辦的“雅仕杯”元旦環(huán)市跑活動在天河體育中心舉行,有近1000名運動員參賽,參加健身跑的有1.8萬多名長跑愛好者。
1996年1月1日,由市體委主辦,寶日高爾夫球娛樂觀光有限公司協(xié)辦的“廣州地區(qū)寶日杯元旦長跑活動”在天河體育中心舉行,有1100名運動員參加競賽,1萬多名長跑愛好者參加健身跑。
2002年元旦上午,廣州天河體育中心南廣場彩旗飄揚廣州市“廣藥杯”元旦萬人長跑活動在這里舉行。參加長跑活動的有來自廣州醫(yī)藥集團、廣州市工會、廣州市婦聯(lián)、解放軍和武警等各界單位的上萬名長跑愛好者。
2003年元旦的早晨,迎著瀝瀝細雨,廣州市“領南紅”元旦萬人健康跑活動在天河體育場出發(fā)了。第一次,元旦長跑活動有超過兩萬人參加;第一次,元旦長跑的距離達到了10公里;第一次,元旦長跑活動超越了天河體育中心在繁忙的公路上進行。
2003年4月6日上午在廣州天河體育中心的兩萬名群眾開始了廣州市春季健身萬人長跑活動。本次春季萬人健身跑活動的起點是天河體育場,隊伍繞天河體育中心一周,行程總長度為4公里。參加人員有來自廣州各大機關、企業(yè)、教育、體育系統(tǒng)和10個區(qū)的近兩萬名群眾。他們個個精神抖擻,有的還喊起了整齊響亮的口號,令沿途過往行人也不禁為之振奮,有的市民還忍不住自動加入到健身跑的隊伍中來。據悉,此次活動是廣州實施《全民健身計劃綱要》以來規(guī)模最大、參加領導人數最多和級別最高的一次群眾性長跑活動。
2004年4月10日“愛我廣州,支持亞運”萬人跑簽名活動在天河體育中心舉行,這是2010年亞運會申辦委員會正式成立后首次組織的大規(guī)模群體活動。
2005年1月1日,“美林基業(yè)”元旦萬人健步行在天河體育中心舉行。
2006年1月1日,在天河體育中心舉辦紀念“廣州建成2220周年元旦萬人健步行活動”,116個單位組隊參加,從天河體育中心西小門出發(fā),經體育西路、天河北路、體育東路、天河路,從天河體育中心南小門進,全程約4公里。
2006年11月4日上午8時,近萬名長跑愛好者匯集到廣州天河體育中心西門廣場,共同參加了“三星電子杯”迎奧運2006年廣州萬人長跑活動。廣州市體育局黨委書記李曉峰等出席了開幕儀式。不分年齡層、不分性別,面向廣大長跑愛好者傳揚奧運精神和奧運文化。長跑路線全長約2公里,起點是廣州天河體育中心西門廣場,環(huán)繞天河體育場環(huán)場路、天河體育館,最后返回天河體育中心西門廣場。
2008年1月1日,在天河體育中心南廣場舉行“迎奧運 辦亞運 強體魄 促和諧”——“中國平安杯”2008年廣州市元旦萬人健步行。各區(qū)、市屬機關事業(yè)單位、企業(yè)集團(總公司)、直屬各類院校、駐穗解放軍、武警部隊、社會各界人士、共約1萬人參加。
2008年10月25日上午8時,由廣州市體育局主辦,安利全程贊助的“安利紐崔萊健康跑,2008跑起來暨2008年廣州市全民健身與亞運同行”在天河體育中心北門廣場舉行。參加活動的市民超過2萬人。在天河體育中心南廣場同時舉行盛大的“運動嘉年華”活動,現場設置了以健康為主題的健康咨詢、健康測試、健康教育展示及趣味的娛樂表演。
2009年1月1日,在廣州天河體育中心南廣場舉行“迎接亞運會 創(chuàng)造新生活”—— “歐姆龍”杯2009年廣州市元旦萬人健步行活動。180多個單位約10000人參加。健步行沿途安排了老年腰鼓隊、軍樂隊和花車等全民健身展示和表演。
2012年11月15日廣州馬拉松賽博覽會在廣州天河體育中心南廣場開幕,經過網絡海選決出的時尚樂隊等紛紛登場助興,2萬名選手即日起可從博覽會上領取包括號碼簿、參賽裝備等參賽物資,為即將在18日鳴槍的廣州國際馬拉松賽做最后的準備。廣州市體育局局長羅京軍出席開幕儀式,宣布“2012廣州馬拉松賽博覽會正式開幕”。本屆馬拉松博覽會為期3天,是首屆廣州馬拉松賽最重要的延展活動。博覽會以“音樂與時尚”為主題,設置樂了隊表演、健康知識宣講及民間趣味體育競技活動等項目。
2012年11月17日廣州馬拉松組委會在廣州天河體育中心舉行首屆親子馬拉松—“迷你親子跑”活動,邀請300組家庭參與?!懊阅阌H子跑”以家庭為參與單位,通過父母與孩子的默契配合,接力完成約3公里的迷你馬拉松賽程,要求報名家庭的孩子在7至12歲之間,活動時將每20個家庭為一組,共分10組計時出發(fā)。比賽開始時,先由參賽家庭的父親到起跑點集合開跑,家庭的母親和小孩則在接力區(qū)等待接力,等父親跑至接力區(qū)和母親和小孩匯合后,一家三口再一起完成最后800米沖刺,活動現場還將會設置游戲互動區(qū)和趣味拍照區(qū)。
2012年11月18日舉行首屆廣州馬拉松,由中國田徑協(xié)會、廣州市人民政府主辦;廣州市體育局、廣州市田徑協(xié)會承辦;越秀區(qū)人民政府、海珠區(qū)人民政府、荔灣區(qū)人民政府、天河區(qū)人民政府、廣州天河體育中心、廣州市城市建設投資集團有限公司協(xié)辦;智美體育推廣。
2013年11月23日上午7:30,2013廣汽豐田廣州馬拉松賽迷你馬拉松(約5公里):花城廣場(起點)—臨江大道(東行)—折返進入地下空間通道—臨江大道(西行)—廣州大道中—天河北—天河體育中心北門—天河體育中心體育場環(huán)場路—天河體育中心南廣場(終點)。5公里終點開放使用體育中心、天河體育館、天河游泳館看臺區(qū)公共衛(wèi)生間200多個廁位。
2014年11月23日(星期日)8:00-14:00廣州馬拉松賽競賽迷你馬拉松(約5公里):花城廣場(起點)—臨江大道(東行)—折返進入地下空間通道—臨江大道(西行)—廣州大道中—天河北—天河體育中心北門—天河體育中心體育場環(huán)場路—天河體育中心南廣場(終點)。
2015年12月6日(星期日)早上7:30廣州馬拉松競賽迷你馬拉松(約5公里):花城廣場(起點)—臨江大道(東行)—折返進入地下空間通道—臨江大道(西行)—廣州大道中—天河北—天河體育中心北門—天河體育中心體育場環(huán)場路—天河體育中心南廣場(終點)。比賽設馬拉松、半程馬拉松和迷你馬拉松三個項目。首次設立了1萬美元的破賽會記錄獎。馬拉松10000人,半程馬拉松7000人,迷你馬拉松13000人。迷你馬拉松起點在花城廣場,終點設在天河體育中心。
2016年12月11日(星期日)7:30-13:45廣汽豐田·2016廣州馬拉松賽競賽迷你馬拉松(約5公里)花城廣場(起點)—臨江大道(東行)—折返進入地下空間通道—臨江大道(西行)—廣州大道中—天河北—天河體育中心北門—天河體育中心體育場環(huán)場路—天河體育中心南廣場(終點)。
2017年8月30日,正是天河體育中心的“三十歲生日”。當晚近千名跑步愛好者齊聚天河體育中心,用一場歡樂跑為天河體育中心慶生。本次活動是廣州市第十三屆體育節(jié)暨廣州天河體育中心30周年群眾體育系列活動之一。本次歡樂跑是面向市民的熒光夜跑,由廣州市體育競賽中心、廣州天河體育中心共同主辦,由廣州市田徑協(xié)會提供專業(yè)指導。當晚,全體跑者身穿藍色運動衣、手握熒光棒在天河體育中心內進行4.5公里長跑,體育中心瞬間成為歡樂的藍色海洋。
2017年12月10日,廣州馬拉松起跑點設在天河體育中心南廣場。2017廣州馬拉松賽比賽路線,賽道按照一江兩岸路線設置,起點設在天河體育中心,終點設在花城廣場。
松風是廣州跑步圈的“大神”之一,他本名李國權,是廣州市田徑協(xié)會廣州馬拉松俱樂部的總教練,10公里的最佳成績是33分鐘,全程馬拉松的成績在2小時40分左右。起了個跑圈的“藝名”松風,是因為他想“跑得像松樹一樣穩(wěn),像風一樣快”。松風并沒有體育科班背景,他開始跑步是為了追求一位喜歡跑步的女同學,結果女同學沒追到,倒是追上了跑步這股風潮。如今松風已經擁有多個專業(yè)教練認證,也為多家企業(yè)進行馬拉松知識培訓?!拔业牡谝粋€10公里是在天河體育中心跑的,在那之前我最遠只跑過7公里。那一次,和一群跑友邊跑邊聊天就跑完了,好像跑了12公里?!?/p>
天體的體篇五
天體中的三體問題
韓博偉談
三體問題算是經典力學里面的天體力學的老難題了,從牛頓那個時候起就是物理學家和數學家的惡夢。
先說一下什么叫三體。用物理語言來說,在一個慣性參考系中有n個質點,求解這n個質點的運動方程就是n體問題。參考系是慣性參考系,也就是說不受系統(tǒng)外的力的作用,所有的作用力都來自于體系內的這n個質點之間。在天體力學里面,我們通常就只考慮萬有引力。
用數學語言來說,經典力學的n體問題模型就是,在三維平直空間里有n個質點,每個質點的質量都已知而且不會變化。在初始時刻,所有質點的位置和速度都已知。每個質點都只受到來自其它質點的萬有引力,引力大小由牛頓的同距離平方成反比的公式描述。要求解的就是,任意一個時刻,某個質點的位置。
n=2,就是二體問題。n=3,也就是我們要說的三體問題了。
n=2的情況,早在牛頓時候就已經基本解決了。學過中學物理后,大家都會知道,兩個質點在一個平面上繞著共同質心作圓錐曲線運動,軌道可以是圓、橢圓、拋物線或者雙曲線。
然而三體運動的情況就糟糕得多。攻克二體問題后,牛頓很自然地開始研究三體問題,結果也是十分自然的——頭痛難忍。牛頓自述對付這種頭痛的方法是:用布帶用力纏緊腦袋,直至發(fā)暈為止—雖則這個辦法治標不治本而且沒多少創(chuàng)意,然而畢竟還是有效果的。
其實,三體運動已經是對物理實際簡化得很厲害了。比如說對質點,自轉啦、形狀啦我們統(tǒng)統(tǒng)不用考慮。但是只要研究實際的地球運動,就已經比質點復雜得多。比如說,地球別說不是點,連球形都不是,粗略看來是個赤道上胖出來一圈的橢球體。于是,在月球引力下,地球的自轉軸方向就不固定,北極星也不會永遠是那一顆。而考慮潮汐作用時,地球都不能看成是“硬”的了,地球自轉也因此越來越慢。
然而即使是極其簡化了的三體問題,牛頓、拉格朗日、拉普拉斯、泊松、雅可比、龐加萊等等大師們?yōu)檫@個祭壇獻上了無數腦汁也未能將它攻克。
當然,努力不會完全白費的,許多有效的近似方法被鼓搗了出來。對于太陽系,攝動理論就是非常有效的解決問題的近似方法。而對于地月系統(tǒng),則可以先把地球和月球看作是二體系統(tǒng),再考慮太陽引力的影響?!霸铝晾@著地球轉,地球繞著太陽轉”的理論計算已經作得非常精確,上下幾千年的日食月食都能很好地預測。而對一顆受到行星引力干擾的彗星,人們也能算出一段時間內很精確的軌道,比如天文學家可以提前幾年就預測出彗星撞木星。而且,太陽系的穩(wěn)定性也在很大程度上得到了證明,比如說大行星的軌道變化大體上是周期性的,不會始終單向變化下去直到行星系統(tǒng)解體。
為了解三體問題,那就考慮再簡化些吧。認為一個質點的質量非常小,從而它對其它兩個質點的萬有引力可以忽略。這樣一來,三體問題就簡化成了“限制性三體問題”。實際上,這個簡化等于是先解一個二體問題,然后再加入一個質量很小的質點,再解這個質點在二體體系中的運動方程。
然而,即使這樣也還是太復雜了。于是,再作簡化,就得到了“平面限制性三體問題”,就是要求三個質點都在同一個平面上。然而,即使是對這樣極度簡化的模型,也還是沒有解析通解,也就是得到一個普遍適用的公式是不可能的。
對“平面限制性三體問題”再作簡化,認為兩個大質點作圓周運動,就是“平面圓型限制性三體問題”。1772年,拉格朗日在這種限制條件下找到了5個特解,也就是著名的拉格朗日點。比如下面這張圖上,木星和太陽連線上有l(wèi)1,l2,l3三個拉格朗日點,而在木星軌道上則有l(wèi)4,l5這兩個點,和太陽以及木星構成等邊三角形。l1,l2,l3是不穩(wěn)定的,如果小質點離開這三個點,就會越跑越遠。l4,l5則是穩(wěn)定的。
本來,拉格朗日點多少顯得有點象數學游戲,但是自然界證明,穩(wěn)定解在太陽系里確實存在實例。對于木星來說,l4和l5上各有一群小行星,就是著名的特洛伊群和希臘群小行星。
從數學方法來說,解2體問題的方法是解微分方程組,通過求積分的方式可以圓滿解決,得到解析解。很自然的,物理學家和數學家們也用這種方法去對付三體問題。1772年,拉格朗日就已經把三體問題的18個方程簡化成了只有6個。然而,進步到此為止了。19世紀末期的研究更是給了數學家們一連串打擊。布倫斯(1887),龐加萊(1889)和潘勒斯(1898)年給出了一個比一個更嚴格的證明,堵死了求積分的許多途徑。1941年西格爾干脆證明了代數積分法的死刑,宣布找到足夠的代數積分是不可能的。當然,三體問題的數學研究不是除了失敗外就一無所有,它還是帶來了許多新發(fā)現,比如混沌理論就是從它的廢墟中誕生的。
當然,我們還只是談到了牛頓力學。如果考慮到廣義相對論的修正,那就更糟糕了,連二體問題都只有近似解。而且,廣義相對論的二體問題也不穩(wěn)定,由于發(fā)射引力波損失能量,兩個星體遲早會撞在一起,雖說要等的時間可能比宇宙壽命還長。
在牛頓的經典力學體系里面,對三體問題的簡化可以用下面這張圖大體表示一下(在這里把月球火箭的軌道計算作為一個三體運動的一個實際應用的例子,實際上比三體運動還要復雜)
二十世紀50年代后,數學家們多了一個新幫手:計算機。于是,兩個新辦法出來了,一個是用級數表示積分(簡單代數積分不指望了),另一個則干脆是使用數值方法求近似解。
級數解在理論上獲得了很大成功,比如在限制性圓型三體問題中,已經證明了所需要的積分是存在的(但是另一方面早就證明了用代數公式是不能表達的)。這些積分可以用冪級數表達,而且證明了冪級數是收斂的。但是這些冪級數收斂得太慢了,比如對拉格朗日點,為了達到可以接受的精度,至少要取10^80000項!而整個宇宙中的粒子數也就10^80個的樣子。
計算機的加盟使人們對三體問題不是那么無助了。雖然沒有代數公式,但用數值算法硬算的結果,精確性也不錯。比如,發(fā)射飛船去探測其他行星就是典型的三體問題,旅行者2號說去海王星就一定到得了。再比如,太陽系大行星4000萬年內的運動也算了出來,至少往后這段時間,太陽系的行星系統(tǒng)還不至于散架。
讓我們看看三體問題的大致現狀吧:
1.目前的研究主要集中在限制性三體問題,因為比較簡化,而且有實用價值。2.對于限制性三體問題,通過級數法證明了解的存在性(這已經是非常大的成果了)。而且,天體力學的定性分析和天文觀測(比如地球上繁衍了幾十億年的生命)都證明了限制性三體體系的穩(wěn)定解的存在性。
3.用解決二體問題的方法,也就是代數積分的方法被確認不可能解決三體問題。
4.用計算機進行較長期的三體問題的數值計算是成功的。
5.三體問題的算法還大有可改進之處。畢竟,10^80000項的計算是太過于可怕了。
回到《三體》小說,有了“秦始皇”的“人計算機系統(tǒng)”,算個簡化的三體問題還是可以的。不過,如果是小說中那種三個太陽的質量差不多,而且相互距離也差不多的情況,他們面對的三體問題就不能簡化為限制性三體問題,計算的難度要大很多。不過,用計算機算出比較短時間的預測應該是可行的。畢竟,天氣預報不一定非得要知道明年今天的具體天氣,能比較準確知道一周天氣就不錯了(通常我們還只聽聽明天是否下雨呢)。三體人知道是不是該“脫水”或者“浸泡”就已經很有好處了。用觀測不斷修正預測,至少對小的“亂世代”不用害怕了。
當然,如果三體文明只是在i/ii類文明的層次,不能通過移走恒星來釜底抽薪地解決三體問題。那么,“但重要的是改變世界”這句話就仍然是正確到了殘酷的地步,預測出“三星凌空”也無助于逃脫毀滅。
到目前為止,我們一直在用紙、筆還有計算機討論三體問題,用的都是演繹法。但不要忘了,科學方法里還有另一件更重要的武器:歸納法。我們可以用觀察和實驗,看看實際中的三體會是什么樣子。
由于在我們日常的尺度上,萬有引力弱得可以忽略,只有到了天文尺度上,引力才顯出它的威力,比如地球把我們拉在地上不放。所以,在普通的實驗室里面實現三體系統(tǒng)是不行的。我們只能把視線轉向天空,去考察大自然為我們安排了什么樣的實例。
當然,象我們已經看到的,在太陽系里,已經充分表現了限制性三體問題是有穩(wěn)定解的。但是,就基本同量級的三體又如何呢?我們可以來看看恒星。
銀河系里的恒星不下一千億顆,象太陽這樣獨居的恒星其實是少數。恒星們總的來說還是喜歡熱鬧的。雙星的數量非常多,而且很多都已經是幾十億年的老伴侶了(比如下面要談到的南門二a/b),等于從實驗上證明了二體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
而三合星也不少見,但是一般都是一對雙星再搭上一個遠距離的單星。同樣,更多數量恒星組成的聚星,也多是由雙星和單星組合而成的。應該說這也強烈地暗示了,大自然也認為三體系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。畢竟,銀河系里的三體并不是理想的三體系統(tǒng),一則恒星可以相撞而合并,二來,一旦一顆恒星被拋出太遠,它就可能脫離體系而主要由銀河系的整體引力而控制了。通過這兩種方式,三體系統(tǒng)就變成了穩(wěn)定的二體系統(tǒng)了。當然,還有“四邊形聚星”這種系統(tǒng),恒星彼此質量相近,距離也都差不多。最著名的一個例子就是獵戶座大星云m42中心的四邊形聚星(用5厘米左右的望遠鏡,放大率50~100倍就可以分辨開)。值得注意的是,這些四邊形聚星都非常年輕,比如獵戶座四邊形聚星,年齡就只有幾百萬年,對于天文學來說,這完全是嬰兒期。沒有發(fā)現年老的四邊形聚星,說明大自然認為這種構型也不穩(wěn)定,總歸會瓦解掉。
獵戶座大星云m42的中心區(qū),圖中央的4顆亮星就是獵戶座四邊形聚星
有意思的是,n值再增大,比如n=100級別的疏散星團或者n=10萬級別的球狀星團,又是非常穩(wěn)定的力學體系了,年齡超過幾十億年乃至百億年的這些星團比比皆是。當然,過于密集的結果就是碰撞很多,球狀星團中央就有大量碰撞后合并而成的亮星。
昴星團(m45),年齡約5000萬年,算是相當年輕的疏散星團,約有100顆成員星
球狀星團m13,年齡超過100億年,成員星約有30萬
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