通过黄金比例构建的太阳系。苏利亚乌的黄金定律 苏利亚乌工作的启示
关于太阳系的动力学
……这位作者在1989年于日内瓦天文台召开的会议上提出了这项工作,会议主题是:
“太阳系中的共振与非共振”
……苏利亚乌的出发点是对不同行星轨道周期的分析。他选择了地球的周期:365天和金星的周期:225天,并计算出相应的斐波那契数列(或类似斐波那契数列,其中每个项都是前两项之和)。我们知道在这种情况下,这个数列中两个相邻数的比值趋近于黄金比例。
……苏利亚乌得出如下结果:
30 太阳(29天)
55 无
85 水星(88天)
140 无
225 金星
365 地球
590(1年7个月) 火星(1年10个月)
955 无
1545(4年3个月) 谷神星-智神星(小行星带)
2500 无
4045(11年) 木星(11年10个月)
6545 无
10590(29年) 土星(29年5个月)
17135 无
27725(76年) 天王星(84年)
44860 无
72585(199年) 海王星(165年),冥王星(248年)
……这似乎是一个相当惊人的巧合,我们承认这一点。苏利亚乌随后研究了行星之间的共振。为此,需要一个测试来衡量两个周期的比值x(在0到1之间)是否“接近”一个不可约分数:
……很久以前,数学家(Liouville、Hurwitz、Borel等)就开发了这样的测试。它是一个数:
q(x, q) = (分母)² × |x - q|
……用q(x)表示当q遍历所有有理数时的下限,如果x是有理数,则q为零;如果x接近有理数,则q很小;因此它衡量了x的无理性。那么“最无理”的数就是黄金比例:
以及它的平方:w² = 1 - w = 0.3820...
我们可以在图中看到这个函数q
图1:函数q的图,有两个峰值,对应于“最不共振”的数:黄金比例及其平方。
……这个函数q(与观测数据无关)是一个纯粹的“数学对象”,是实数序列的属性。这个连续序列产生了这样一种奇怪的光谱,其中充满了类似空隙的地方(即整数比值、有理数的地方,q = 0)。
……以下是太阳系主要行星的公转周期,以年为单位:
水星:0.2408425
金星:0.6151866
地球:1.0000000
火星:1.8808155
谷神星-智神星:4.604
木星:11.86178
土星:29.45665
天王星:84.0189
海王星:164.765
冥王星:247.68
请注意冥王星和海王星周期之间的比值:
……这些项中的一项与下一项的比值始终在1/3到2/3之间。这九个比值中有五个在0.35到0.40之间。苏利亚乌于是开始研究不同行星周期之间的比值。如果两个行星处于完美的共振状态,它们的周期比值将是一个有理数,即两个整数的商。
……苏利亚乌决定分析当前太阳系中的各种共振。为此,他取主要行星的旋转周期两两之间的比值,并应用上述测试。
……一个简单的计算使他列出了大行星之间的共振列表(谷神星和智神星是“小行星”中最大的,它们的周期仅相差3天,位于小行星带),其中测试q小于0.1(分母?6):
海王星-冥王星:x = 2/3 × 0.9980 q = 0.01
天王星-海王星:x = 1/2 × 1.0199 q = 0.04
天王星-冥王星:x = 1/3 × 1.0176 q = 0.05
金星-火星:x = 1/3 × 0.9812 q = 0.06
木星-土星:x = 2/5 × 1.0067 q = 0.07
……这张表显示,最远的两颗行星——海王星和冥王星——表现出特别显著的共振。因此,它们与其他行星不同,苏利亚乌决定在接下来的分析中忽略它们,进行傅里叶分析周期:
……Pj是行星的周期,从水星到天王星。连续的周期比值在1/3到2/3之间。下图显示了IF(a)I在a从1/3到2/3之间的形状。为了更清晰,苏利亚乌在图上标出了IF(a)I4。
图2:函数F(a)
……在0.615和0.380处出现了两个显著的峰值,与图1中的峰值精确一致(w = 0.618和w2 = 0.380)。苏利亚乌于是将这个光谱与函数q叠加:
……图3。
并得出结论:除了海王星-冥王星这一对共振外,整体上呈现非共振效应。两个峰值之间的F相位差可以通过逆傅里叶变换来解释:从光谱F中选择一定数量的谱线ak,构建函数F:
……此时Pj的值接近F实部的一些极大值。苏利亚乌于是将这个光谱限制在两个谱线a1 = w和a2 = w2上,并得到了下图所示的曲线,同时标出了行星的实际周期。
……图4:从由两个谱线w和w2构建的光谱中得出的行星可能位置P
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