行星引潮力与太阳活动关系新探

要解决行星引潮力与太阳活动的关系问题,首先要解决计算方法不同引致的引潮力结果差异的问题.本文从引潮力的计算方法着手分析了不同的计算方法所得出的引潮力的异同,发现过去的引潮力计算方法只能显示出行星公转周期或者会合周期,却反映不出对应于行星公转或者会和半周期的引潮力变化.利用引力与太阳绕转惯性离心力之差计算出来的引潮力,比过去常规的引力之差计算出来的引潮力大两个数量级,并且其引起的太阳潮汐变化相位也大不相同,为重新理解引潮力与太阳活动之间的关系提供了新的视角.利用绕转惯性离心力和引潮力共同解释太阳活动变化特征,比传统引潮力单一因子的解释更有说服力,太阳活动是行星引潮力、太阳绕转惯性离心力等多个因子共同作用的结果.     

行星会合指数K与行星直列指数I的比较分析

标识行星会合或排成直列程度的方法,是分析行星系统与太阳活动关系的关键.两颗行星会合可以给出准确的会合周期.行星越多获得准确的会合周期就越困难.以往表达多个行星排成近似直列的方法多采用I指数,I取值在0和1之间.但I指数无法呈现多个行星排成直列程度的连续变化过程,也无法区分行星在I指数构成中是位于太阳一侧还是分居在太阳两侧,更无法确定行星系质心与太阳位置关系的变化.K指数是将8大行星轨道半径按质量权重构成的矢量和的模除以一个天文单位的距离长度.K取值在0和7.5105之间.研究表明,行星引潮力会合指数KJ-M具有指代对太阳造成引潮力和引力周期规律的作用.行星质量权重会合指数KJ-N具有指代行星系质心绕太阳系质心的运动规律,进而指代太阳绕太阳系质心的运动规律.这为进一步探讨太阳轨道运动和太阳活动关系研究提供一种有效方法.     

地球自转角速度长周期变化对太阳轨道运动特征的一种响应机制

地球自转角速度的季节性和年变化的成因已达成基本共识,但更长时间尺度的周期性变化成因尚无定论,它们或归因于太阳活动、日月引潮力、地壳反弹、大气圈波动或行星摄动的影响等.直至目前,地球自转变化的规律和机制还没有完全弄清楚.研究发现:根据行星会合指数(K)标定太阳轨道运动特征的方法是可行的.通过对行星会合指数(K)的FFT检测发现太阳轨道运动周期与前人研究的地球自转日长(LOD)变化周期具有极强的相关性.太阳轨道运动在受到行星系统力矩作用的同时,致使近日行星轨道运动受到太阳引力作用的波动影响而产生扰动.受太阳巨大引力作用的牵制,导致地球轨道角动量和太阳轨道角动量的变化具有正相关关系.根据地球轨道角动量和自转角动量之和守恒,进而推断地球自转角速度的变化对太阳轨道运动特征的响应,这在思想方法上是一种突破.     

地球扁率对天体引潮力影响的计算与分析

高精度天体引潮力计算中需要考虑地球扁率的影响.由DE421历表计算得到太阳系各个天体在GCRS中的坐标,基于天球参考系经典的岁差章动转换方法、IERS 2010规范推荐的转换参数以及IERS发布的EOP 08C04数据模型,在综合考虑影响天体坐标转换的各种因素(框架偏差、岁差、章动、地球自转、时间尺度转换、极移)改正后,得到天体在ITRS中的坐标,并由此计算得到1962年至2015年间地球扁率对各天体引潮力位和引潮力影响的具体数值.计算结果表明:地球扁率对天体引潮力的影响,对月球来说不超过1.8898×10~(-11) ms~(-2)(1.8898 nGal),对太阳来说不超过0.0018×10~(-11) ms_(-2)(0.0018nGal),对其他天体来说可完全忽略不计.地球扁率对月球、太阳引潮力影响的变化周期与相应天体的运行周期一致.     

太阳自转每隔11年受到行星系统反方向旋转切向力的作用

基于创建的行星会合指数(K)运动学方程,得到太阳绕太阳系质心绕转的真正周期为准22.1826年.在整个太阳系角动量守恒前提下,根据K指数所指代的太阳绕太阳系质心运动轨迹推出:太阳绕转和太阳自转各自角动量虽不守恒,但二者角动量之和守恒.当行星系统处于最大相背离状态,太阳自转角动量增加,太阳自转受到逆时针方向旋转切向力的作用;当行星系统处于最大会合状态,太阳自转角动量减小,太阳自转受到顺时针方向旋转切向力的作用.行星系统远日4颗大质量行星和近日4颗小质量行星对太阳引力的合力沿太阳绕转轨道半径垂直方向的分力,具有准22年周期变化,而且该力的方向就是沿太阳旋转运动轨迹的切向方向.该分力11年与太阳自转方向同向,另11年与太阳自转方向反向,且分别对应太阳自转角动量11年增大和11年减小的变化.这为研究太阳22年磁周期动力学机制探寻到一种新的思想方法.     

基于行星会合指数对太阳轨道运动特征的分析

运用刘复刚和王建(2013a)创建的行星会合指数K指代太阳绕太阳系质心运动时,一般情况,行星系质心是和木星位于太阳一侧.当其它3颗大质量行星(或其它7颗行星)和木星分居在太阳两侧,并且这4颗大质量行星(或8颗行星)与太阳近似排成直列的状态时,行星系质心则处在木星相反一侧,这时造成了太阳绕太阳系质心顺时针旋转的假象.本文对这一认识进行了澄清,并通过图示的方法定性地解释了太阳在一个行星系统平均轨道会合周期内角速度的变化特征.相当太阳系质心(C)从太阳本体旋出直到C再次旋进太阳本体这一时段,太阳轨道运动是处在减速期;而当C旋进直到旋出太阳本体这一时段,太阳轨道运动处在加速期.并将其运动特征与太阳轨道角动量的变率进行了对比,这将为揭示太阳活动规律的动力学机制提供了一种可能途径和新的思想方法.     

行星运动与太阳自转角速度22年周期变化

Tlatov(2007)研究认为,太阳活动和太阳磁场变化的22年周期,可能与太阳自转速度的变化有关.可是关于太阳自转速度为什么呈现出22年的变化周期,尚未见到有说服力的解释.本文通过对行星会合指数、行星系质心绕太阳系质心的运动、太阳绕太阳系质心运动以及太阳自转角动量变化的分析,发现行星系统的会合与相互背离,导致了太阳系质心与太阳质心的背离和靠近,从而引发太阳绕太阳系质心旋转角动量与太阳自转角动量的分离与叠加.由此认为,这两种角动量间的转换是太阳自转角速度呈现22年周期性变化的原因.太阳自转速度极小值对应于行星会合指数极大值;而太阳自转速度极大值对应行星会合指数极小值.其中平均11年左右为太阳自转加速期,另外11年则为太阳自转减速期.这一发现,可能为太阳活动与太阳磁场变化22年周期的成因机制的解释提供一个新的线索.     

基于行星会合指数对太阳轨道运动速度和加速度指数的建立——对太阳自转运动周期性振荡成因机制的探讨

Tlatov(2007)研究表明太阳自转具有准22年振荡周期,并认为是太阳系自引力造成的.根据刘复刚和王建(2013)创建的行星会合指数KP(令KP=K是为了和其他指数的表现形式相统一)和获得的修正系数发现:太阳轨道运动具有平均准22.1826年运动周期,认为太阳轨道角动量和太阳自转角动量的周期性叠加致使太阳自转角速度具有准22.20年周期性变化.基于行星会合指数KP同时标定了太阳质心S相对于一个无法观测到的太阳系质心C位置关系的变化规律,进而通过太阳轨道运动指数KS、速率指数Kv、加速度指数Kα对太阳轨道运动特征进行了系统描述,这使得从行星系统之视角分析、揭示太阳运动和太阳活动成为可能,并对太阳自转运动的准11年和22年周期振荡受控于太阳轨道运动的调控进行了分析,这从探索途径和思想方法上是一种突破.依K_P表达式给出的太阳轨道运动轨迹与Jose(1965)、杨志根等(1988)、Scafetta(2014)、Mc Cracken等(2014)给出的图像不但形态特征相同而且图像的相位也完全一致.行星会合指数KP更重要的作用是标定了行星系统质心距离太阳位置关系的变化.本文从行星系统质心出发,根据行星系统质心P与太阳质心S绕太阳系质心C同步运动这一基本原理来进一步揭示太阳轨道运动规律.由于研究问题的出发点和视角不同,按这一途径可根据8大行星公开的天文数据分析太阳轨道运动规律.这种方法不但把纷繁复杂的行星系统统一起来,呈现出行星系统固有的整体运动规律,而且在整个太阳系中建立了与太阳处于相同子系统地位的行星系统质心.在此基础上,通过行星系统质心P与太阳S间位置关系变化,系统分析了太阳S和太阳系质心C的统一与分野规律.其重要意义是通过行星系质心运动规律发现它与太阳轨道运动特征间的本质联系,这使得从行星系统质心的运动特征对太阳运动与太阳活动关系的探寻成为可能.     

太阳轨道运动—太阳磁场变化与地球高层大气温度准22年周期循环的联系

基于创建的行星会合指数运动学方程,获得了太阳绕太阳系质心的运动周期为准22年.太阳轨道运动周期和北半球高空大气温度场准22年变化周期二者具有极大的相关性.在整个太阳系角动量守恒的前提下,得到太阳轨道角动量和太阳自转角动量之和守恒.理论上,通过太阳绕转和自转角动量间的转换,建立了行星会合指数与全球高层大气温度场变化的对应关系,进而在大气温度场变化与太阳活动之间建立了联系,并对全球气候变化的成因机制进行了新的探索.     

行星内部地震波及其对卫星轨道的影响

本文指出地震学在天文和行星学科里的重要作用.我们主要介绍最近提出的“潮汐—地震波共振”(tidal-seismic resonance)效应,并且讨论它对卫星轨道演化的作用.当在同步轨道以下周期运动的卫星引起的引潮力的频率和行星内部自由震荡频率吻合时,就会发生潮汐—地震波共振.此时,行星内部的地震波将被激发并引起行星表面的显著位移.升高和下降的地面会对卫星产生一个力矩从而使得卫星轨道下降.因为潮汐共振引起的动态地面位移可以比单纯引潮力引起的位移大两个数量级,所以潮汐共振会显著加速卫星下降速率.我们用我们开发的三维地震波场模拟程序AstroSeis数值计算了潮汐—地震波共振对轨道的影响,进而推测这一共振效应可能对行星早期吸积速度有显著影响.另外,因为行星内部的Q值和S波的波速对潮汐共振影响很大,未来研究微重力环境下的小行星或陨石内部地震波的速度和Q值对研究行星演化和太阳系的形成至关重要.