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试析天体力学的发展前景
摘要：天体力学事实上是天文学的一个分支,主要涉及到应用物理学的范畴,顾名思义,它主要讨论的是有关万有引力以及它和天体运动之间的关系的问题,力学研究对其影响较多,尤其是牛顿力学,而它主要研究的对象则主要是是天体的力学运动和形状。天体运动的研究对象是太阳系内天体与和恒星系统。天体力学可追溯到牛顿、格拉朗日与航海事业发达开始时,并且伴随着他们的理论研究的不断成熟而逐步走向完善。我们所定义的天体力学大体上又可分六个小的部分,它包括天体形状、自转理论和多体问题、定性理论、天文动力学、摄动理论、数值方法等方面。
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1、天体力学的发展历程
严格算起来,天体力学的出现与发展历史大概已有近三百年了,如果我们按照它的研究对象以及它的基本研究方法的发展过程来划分时段的话,我们大体上可以把这个发展过程划分为三个时期:
1.1天体力学的奠基过程:从天体力学创立到十九世纪后期
这一时期内天体力学的它的研究对象主要是月球和大行星,人们主要运用经典分析方法,也就是所谓的摄动理论来进行天体运动的研究。经典天体力学作为天体力学的基本体系就是在它的奠基时期内逐步形成的。微积分学由牛顿和莱布顿创立,并为天体力学研究中所用到的数学基础提供帮助。
严格细分的话,第一个创立了并系统讲述了月球运动理论的人就是欧拉了,再看另一个人,拉格朗日,他主要在大行星的运动理论方面有较大的贡献。
后来由拉普拉斯集前人之大成,写了《天体力学》,此书共五卷十六册,可以称得上是一部大巨头了,后来也作为代表作存在着。拉普拉斯在其1799年出版的第一卷中,第一个提出了天体力学这一名词。到了十八世纪,随着西方人海外探险经历的不断增多,促使航海事业的不断发展,于是就对月球和亮行星的位置表的精确度提出了更高的要求和标准,这便促使数学家们大力对天体运动的规律进行大力探讨与研究,分析力学也就从此产生并发展了,而分析力学最终也成为天体力学的力学基础。达朗贝尔和欧拉、拉格朗日等都是它的创立者和奠基人。
1.2天体力学的发展时期:从十九世纪后期到二十世纪五十年代
与高斯密切相关的是数值方法。十九世纪末,亚当斯方法和科威耳方法形成,它们至今仍然是我们研究天体力学的基本数值方法。数值法是研究天体运动的基本方法之一,它是用分析方法研究各类天体的受摄运动,并通过这些来最终求出它们的坐标或轨道要素的近似摄动值。小行星的大量发现要到十九世纪后半叶照相方法被广泛应用到天文观测以后了。同一时间段内,彗星和卫星也被大量发现。彭加莱在1892~1899年出版的三卷本《天体力学的新方法》可以说的上是这个时期的代表作。人们发现了第一颗小行星是在19世纪初期被人们发现的,这颗小行星也填补了火星和木星轨道之间的空白。
天体力学的对象增加了太阳系内大量的小天体,如小行星、彗星和卫星等,它的研究方法,除了继续改进分析方法外,并且还增加了定性方法和数值方法,但事实上它们只是作为分析方法的小修小补,并没有作出很大的改变与进步。现在我们常用的定性方法是由庞加莱和李亚普诺夫创立的,庞加莱建立了微分方程定性理论,而这一理论最后也由李亚普诺夫发展。
1.3天体力学发展的新时期:二十世纪五十年代以后
电子计算机的广泛应用把天体力学再一次推向了一个新的发展时期,这一时期也出现了人造天体,从此以后,天体力学的研究对象又增加了人造天体和恒星系统,已经不仅仅局限于大行星。数值法也得到了很大的发展。
2、今后研究的主要问题及方向
(1)普遍摄动理论:它着眼于天体演化,运用各种分析法,特别是微分方程理论进行研究分析。它虽然不能进行很精确的计算,但人们已经可以运用这种理论大致可以知道一些行星的位置了。
(2)特殊摄动理论:相较于普遍摄动理论,它的精确度已经有了很大的提高,但是它也存在不足之处,比如它并不能给出十分精确的解析式。随着计算机的不断发展完善,人们将会越来越重视特殊摄动理论的研究
(3)周期性轨道理论:这一是关于天体运动周期轨道的存在性和稳定性的理论。主要针对的是天体力学中不能直接求解的运动方程,这种理论的建立无疑将对我们研究小行星群运动问题产生巨大的帮助。
3、对今后天体力学发展的设想
现代天体力学除了包含经典天体力学外,还包括天文动力学和星系动力学,现代天体力学的研究课题可归纳为三类:(1)具体天体的运动理论,其中的具体天体包括经典天体力学的研究对象月球,天然卫星,大行星,小行星和彗星等,还有人体天体;(2)天体力学在地学和空间科学中的应用以及天体力学与其他学科或天文学分支的边缘领域中的课题;(3)天体力学的基础理论课题。最后提出,太阳系的结构和演化、天体力学与其他学科或天文学分支的边缘领域,以及三体问题的定性和分析理论,有可能在近期内获得较快进展。
4、结语
现代天体力学虽然涉及多个领域,难度系数较高,但随着科技的进步和人们对天文领域的好奇程度不断增加,相信现代天文力学将在不远的将来取得重大突破。
参考文献：
[1]中国大百科全书出版社.一般力学[J].中国大百科全书,1987(01):71~469.
[2]易照华.天体力学的展望[J].天文学进展,1983(01):20~180.
何加川.论天体力学的展望[J].中国高新区,2018(03):121.
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根据牛顿万有引力定理,行星与主星距离越近,引力越大。主星引力对行星的撕裂作用是不容小觑的,行星也依靠自身引力使其趋于球形。当主星对行星的引力过大的时候,行星将被撕裂。基于上述架设,我们构建以下数学模型进行行星撕裂临界态分析。采用太阳系内八大行星的实例验证上式。采用距离太阳最近的且密度大小排名仅次于地球的水星验证。
2020-08-27
活动星系核(ActiveGalacticNuclei,AGN)是指一个星系中心的高密度区域.作为AGN中物理特性最为极端的一个子类,耀变体(Blazar)的相对论性喷流几乎直接指向观测者.耀变体被分为两个子类,分别是平谱射电类星体(FlatSpectrumRadioQuasars,FSRQ)和蝎虎类天体(BLLacertae,BLLac).
2020-08-27
本文利用文献[11,12]中介绍的研究近平运动共振的方法,对Kepler-9b、c两行星的共振状态进行分析,并由此讨论了可能的演化历史.第2节介绍了二阶哈密顿分析模型第3节给出了只考虑长期共振情况下的两个周期解,同时给出取不同周期解时对应的能量和行星的轨道偏心率.
2020-07-14
一个自转的物体当受到外力作用,导致该物体自转轴绕某一个中心旋转,在运动平面内的天体,其轨道向前进动,如水星轨道平面绕太阳旋转向前进动。图11S2恒星绕人马座A*轨道呈现玫瑰花进动,原理就是围绕“人马座A*加S2恒星”系统的外力STYCF的旋转方向为逆时针,带动S2恒星轨道逆时针进动。
2020-07-14
这一时期内天体力学的它的研究对象主要是月球和大行星,人们主要运用经典分析方法,也就是所谓的摄动理论来进行天体运动的研究。经典天体力学作为天体力学的基本体系就是在它的奠基时期内逐步形成的。微积分学由牛顿和莱布顿创立,并为天体力学研究中所用到的数学基础提供帮助。
2020-07-14
数值积分是一个经典问题,自20世纪70年代起,伴随着计算机技术的发展,对积分器的研究一直没有停止过。近几年仍不断有新的积分方法提出,计算高效、程序实现简单、适用性广是总的发展趋势[1,2,3,4,5]。积分器分为单步法和多步法,前者每步积分都需要计算多次被积函数,且步长较小;多步法积分器对被积函数的计算次数少,积分步长大,在计算效率上具有优势。
2020-07-14
在长达两千多年的科学发展史中,重大的科学成就与重要科学方法的应用是分不开的.牛顿发现了万有引力定律进而创立了科学的天文学.由于进行了光的分解创立了科学的光学,由于创立了二项式定律和无限理论而创立了科学的数学,由于认识了力的本性而创立了科学的力学[1].在牛顿力学中,如果已知初始条件,可以预测有序系统的未来的运动状态.
2020-07-14
国际天文学联合会于1980年前后形成的以光学观测为基础的IAU1976/1980岁差-章动模型。该模型由文献[1,2]提出的IAU1976岁差模型和Seidelmann[3],文献[4]提出的IAU1980章动模型构成。基于IAU1976/1980岁差-章动模型的坐标转换依赖于天赤道和黄道形成的春分点。然而,春分点对于不同的恒星星表和太阳系历表,均有不同的实现[5]。
2020-07-14
Jose(1965)及后来的天文学家和天体物理学家在探讨太阳(S)绕太阳系质心(C)运动与太阳活动的关系时,都对太阳轨道运动的179a-Josecycle周期与太阳活动的准双世纪周期关系进行过探讨,基本认为二者具有一定的同步性,但都没有关注到太阳轨道运动有时并不绕过太阳系质心这一现象,更没有对这一特征的周期性规律进行探讨.
2020-07-14
系统论的核心思想是系统的整体观念，强调任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的性质.系统中的各要素不是孤立存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置，起着特定的作用.要素之间的关联，构成一个不可分割的整体.
2020-07-09
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期刊名称：天文学进展
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院上海天文台,中国天文学会,国家自然科学基金委员会数理学部(协办)
出版地方：上海
专业分类：科学
国际刊号：1000-8349
国内刊号：31-1340/P
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创刊时间：1983年
发行周期：季刊
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2020-07-14
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