當前位置:首頁>科技>廣義相對論中的行星軌道方程
發布時間:2025-10-27閱讀(4)
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如果你曾經在極坐標系下推導行星在牛頓引力下的方程,你會得到:
其中L和E分別是行星的角動量和能量,利用以下這個等式可以消去t:
可以得到軌道方程:
等式兩邊對θ進行微商,得到:
把1/r看成一個整體,我們就可以解出這個常規的微分方程,得到軌道方程。 廣義相對論中的行星軌道廣義相對論中的能量守恒、角動量守恒與牛頓力學不同,此外還有一個四速歸一化條件:
其中我們采用了光速c=1的自然單位制度,τ是固有時。我們可以利用同樣的技巧消去dτ,等到方程:
同樣等式兩邊對θ進行微商,得到:
在天文學的精確測量之下,我們知道行星的軌道并不是像牛頓力學預測的那樣封閉的,在太陽系中水星的近日點進動效應最為顯著。每一百年水星的近日點進動5600'',扣除掉歲差和其它行星攝動的影響,牛頓力學預測的進動值與真實值還差43''。 廣義相對論結果相比牛頓結果,多了一個附加項3GM/r,而這一項正是廣義相對論效應的體現,可以看成是牛頓理論的廣義相對論修正項。也正是有了這一項,讓我們可以解釋43''的差距。感興趣的同學可以自行解這個難度較大的非線性微分方程,然后就可以得到真正的軌道方程,代入數據就可以得到進動值。
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