兩百年來，被物理學遺忘的天體執行規律

小時候，我一直很好奇：兩個天體之間的距離那麼遠，比如地球與太陽之間的距離有1.5億公里，太陽與銀河系中心超大質量黑洞之間的距離有24.14萬億億公里，在這麼遠的距離下，它們之間相互作用的引力是如何使它們互相拽住的呢？黑洞的引力無比巨大，大到連光都無法逃脫黑洞的引力，然而是什麼可以讓引力從黑洞中傳遞出來的呢？

用辯證唯物主義的思維來看，我不能相信在這麼遠的距離下，兩個天體能夠隔空、瞬間、沒有延時的產生引力作用。

引力應該是透過某種媒介粒子傳遞的力，這種媒介粒子大致均勻地分佈在整個宇宙中，保證了引力可以傳遞到宇宙的每個角落。時至今日，我們知道已經有科學家提出了類似的想法、設想，例如：暗物質、引力子、中微子等等，我所描述的媒介粒子暫用一下“引力子”這個名稱。

引力是天體為中心起點，透過引力子接力傳遞的方式向外傳遞的力。每一份引力以一個球面自中心向外擴散，擴散越遠，球表面積越大，球表面空間位置上均勻分佈的引力子就越多，每一份引力平均分配到該球面的引力子時，引力就越小。

根據球表面積公示（S=4*pai*r^2）可知，以天體為圓心，天體周圍不同半徑的球表面空間位置上均勻分佈引力子的數量與半徑的平方成正比。那麼，一份引力平均分配到該數量的引力子時，就會有：單位引力子獲得的引力與半徑的平方成反比。這正好符合牛頓萬有引力公示（F=G*m1*m2/r^2）中的引力與半徑的平方成反比的規律。

引力以光速向前傳播，引力的傳播速度就是30萬公里／秒，原子與原子之間的距離約為0.1奈米，那麼透過計算我們可以得知：兩個原子或者引力子之間傳遞一份引力需要的時間大約是300億億分之一秒。由此可見，引力子是以300億億分之一秒的頻率在振動，每一次振動就會傳遞一份引力。

所以，引力是以天體為中心起點，透過引力子接力傳遞的方式，以頻率為300億億分之一秒的球形的波的形式向外傳遞的力。如圖1所示。

以上是基礎概念框架，接下來闡述一下天體的執行規律：

1、太陽系裡的所有行星為什麼都會在同一水平面軌道執行？

眾所周知，太陽是圍繞著銀心做公轉運動的，那麼，太陽與銀心之間必定建立了“引力連線”，也就是銀心發出的引力傳遞到了太陽，同樣，太陽發出的引力也傳遞到了銀心，前者起決定性作用。

與此同時，當行星（比如地球）繞太陽公轉時，當它飛到太陽與銀心中間時，地球就處於兩者引力連線的路徑上了，銀心對太陽的引力中的一小部分會被地球“截胡”，銀心的引力會穿過地球，對地球產生引力。

如圖2所示，如果地球不是在兩者之間的水平面公轉軌道上，那麼，地球在受到太陽引力與自身公轉運動產生的離心力保持平衡的基礎上，同時還會受到一個作用力相對較大的銀心的斜向拉力。

日復一日，年復一年，一億年後，十億年後，地球的軌道就被拉拽到太陽與銀心中間的水平面軌道上了。同理，其他所有行星：金星、水星、土星、木星等等，也都會被銀心的引力拉拽到這同一水平面軌道上，這就形成了太陽系裡的所有行星都在同一水平面軌道上圍繞太陽公轉的情形。

由此還可以預測一下：現在，銀河系已經是盤狀了，再過一百億年，銀河系裡的所有恆星系最終也都會在同一水平面軌道上圍繞銀心公轉。

2、地球為什麼會自轉？

首先，我們假設只考慮太陽的公轉運動，不考慮地球的公轉運動和銀心的移動。

我們知道太陽與地球的距離是1.5億公里，太陽發出的光需要8分20秒才能到達地球，引力的傳播速度是光速，那麼太陽發出的引力傳遞到地球也需要8分20秒。

太陽以220公里／秒的速度繞銀心公轉，在某一時刻，太陽發出了一份引力，當這份引力到達地球時，太陽已經向前飛行了8分多鐘，大約11000公里。也就是說，地球一直在圍繞著太陽身後的“影子”公轉，如圖3所示。

同理，在某一時刻，正在穿過地球的每一道太陽球面引力是運動中的、不同空間位置的太陽發出的引力。

如圖4所示，這些球面弧線引力產生了一定的偏轉角度，我們可以清楚地看到地球所受到的太陽引力，在太陽公轉運動前進方向顯得更加密集。也就是，在一秒鐘內，地球北半球的每一個原子接受的引力傳遞超過300億億次，而在南半球則是小於300億億次，太陽對地球的引力產生了前高後低（相對於太陽前進方向）的差別。

地球在北半球和南半球受到這兩種不同大小的太陽引力以自身公轉運動產生的離心力為支點相互抵消後，剩餘的太陽引力差作用於北半球，方向指向太陽，那麼地球自然而然地開始轉動了，自轉軸相對於太陽公轉軌道平面的傾斜角為90度。

其次，我們假設只考慮地球的公轉運動，不考慮太陽的公轉運動和銀心的移動。

地球是以30公里／秒的速度繞著太陽做公轉運動，那麼，太陽發出的每一道球面引力穿過地球時，它並不是均勻的穿過地球，而是穿過了不同空間位置上的地球。

如圖6所示，不同空間位置地球上的同一道太陽球面引力產生了一定的偏轉角度。

同理，太陽發出的每一道球面引力穿過地球時，都會產生一定的偏轉角度，我們可以清楚地看到太陽對地球的引力，在地球公轉運動前進方向顯得更加密集，產生了前高後低（相對於地球前進方向）的差別。

地球在前半球和後半球受到這兩個不同大小的太陽引力以自身公轉運動產生的離心力為支點相互抵消後，剩餘的太陽引力差作用於前半球，方向指向太陽。那麼，地球必然會緩緩地開始轉動了，自轉方向為自西向東，自轉軸相對於地球公轉軌道平面的傾斜角為90度，也就是地球赤道平面與公轉軌道平面的夾角為零度。

3、地球自轉的傾斜角為什麼會有23.45度？

前面我們講述了，在地球上相隔90度的北半球和前半球受到兩個方向相同的太陽引力差。

其中，太陽公轉所對應的作用於北半球的太陽引力差應當忽略不計。原因是：地球公轉軌道雖是橢圓，但偏心率很小，僅為0.0017，接近於圓形。

如圖8所示，地球公轉一圈後，處在軌道對角位置時所受到的太陽引力差的大小几乎相同、方向正好相反，這一引力差對地球自轉運動的影響自我抵消，所以忽略不計。

另外，銀心帶著整個銀河系（包括太陽系）向前移動所對應的太陽引力差也應到忽略不計。

原因是：如圖9所示，太陽對地球的引力差大小與角a成正比，角a與太陽（銀心）的移動速度成正比。

如圖10所示，銀心的移動速度約為650公里／秒，地球的公轉速度僅有30公里／秒，那麼當地球處於太陽與銀心中間的半邊軌道時，相對速度平均值為635（650-30/2）公里／秒，當處於外側的半邊軌道時， 相對速度平均值為665（650+30/2）公里／秒。

這兩個速度非常接近，比值為0.95:1，僅僅相差5%，他們各自對應的太陽引力差的大小近乎相等、方向則是相反，這一引力差對地球自轉運動的影響自我抵消，所以忽略不計。

現在影響地球自轉的主要因素只有地球公轉所對應的太陽引力差，根據前面講述的內容，這一引力差所形成的地球自轉傾斜角為90度，也就是地球赤道平面與公轉軌道平面的夾角為零度。那麼，現如今地球自轉為什麼會有23.45度呢？

在遙遠的宇宙發展初期，星雲、氣體、塵埃、岩石逐步聚集，形成大量天體，地球母親誕生，在巨大引力源的作用下，地球漂泊於茫茫宇宙之中。恰逢其時，與太陽相遇，並被太陽深深的吸引力所捕獲，地球開始圍繞太陽公轉。

地球剛開始繞太陽公轉的軌道平面相對於太陽與銀心之間的水平面公轉軌道具有一定的傾斜角度，應該是稍大於23.45度。隨著時間的流逝，地球受太陽引力差的影響而逐漸形成了自轉，自轉方向自西向東，自轉軸傾斜角為90度，也就是赤道平面與軌道平面的夾角為零度。

又經過了漫長的歲月，因地球受到銀心斜向拉力的作用，地球公轉軌道逐漸趨於了太陽與銀心之間的水平面公轉軌道上了。與此同時，地球保留了先前形成的自轉方向和自轉角度，所以就形成了今天的地球自轉時，赤道平面與公轉軌道平面的夾角具有23.45度。

4、地球自轉的速度為什麼能穩定在一圈24小時？

根據牛頓第二定律（F=ma）可知：當一個物體被施加一個力時，該物體就會產生一個加速度。那麼，地球的前半球被太陽施加了一個引力差時，地球就有了一個自轉的加速度，在沒有阻力的情況下，它將不斷的、無限地加速自轉。但是，我們現在觀測到的地球自轉速度卻是穩定的，沒有呈現出加速趨勢，無論是十年前、還是百年前，地球自轉的速度與今天相比，都沒有穩步加速的跡象，這是什麼原因呢？

地球表面包裹著一層厚厚的大氣層，當地球的前半球受到太陽的引力差時，地球的固體部分自然就開始加速轉動，然而，地表的大氣層則不會像固體部分一樣以自轉軸為軸心整體加速轉動。因為它具有流動性，沒有固定的形態，所以地球表面的空氣受到太陽的前高後低的引力時，會自由地流動，而不會以一個整體環繞地球加速轉動。空氣的溫度、溼度、氣壓、隨地球自轉的離心力的影響遠遠大於太陽引力差的影響。

所以，地球的固體部分受到太陽引力差而要加速轉動時，它遇到的阻力會越來越大，地球表面的高山、森林都在不斷地撞擊大氣層，就好比汽車的速度越快，空氣阻力就越大，地球自轉的加速度就會被抵消掉。

另外，地球表面有著覆蓋率達71%的液態水，它同大氣層一樣，也不會因太陽引力差而以自轉軸為軸心整體加速轉動，而是被重力吸附在地球表面的低窪處區域。那麼，地球的固體部分想要加速轉動，海岸、海底的山丘、海溝都會持續地撞擊海水，海水的密度比空氣大，阻力也更大。

因此，地球自轉經過了千萬年、數億年時間的加速後，現如今已經處於一個相對平衡的狀態了，所以地球自轉的速度會穩定在一圈24小時。

以上內容純屬個人理解，望多指教！

感謝觀賞！

作者：瀋海華

日期：2021年12月12日