天文学中有哪些描述宇宙规律的公式或定律，它们如何帮助我们认识浩瀚的星空？
2024-11-19 阅读 79
更新于 2024年11月21日
本超星系范围外的星系谱线特征点红移。
本超星系范围内的星系就不红移吗？
本超星系范围内既有红移的天体也有蓝移的天体；盖亚卫星公布的第三期数据显示：谱线特征点蓝移的天体占人类可观测天体43%，全部位于本超星系内。这是因为引力透镜体对蓝移光线的虑光特性仅对透镜体外的观察者有效；对透镜体内的观察者无效。人类位于本超星系引力场形成的透镜体内，可以观测到本超星系内质心另一侧迎面加速而来的天体发出的谱线特征点蓝移的光线。本超星系范围外的星系中心引力场内质心另一侧相对于人类迎面而来的天体发出谱线特征点蓝移的光线在穿越引力透镜体时被偏折向引力透镜体质心方向，无法进入人类的视野：只有引力透镜体内靠近人类的一侧的漏斗形区域内天体发出的谱线特征点红移的光线才能进入人类的可观测范围。
除弥散星系无法形成引力透镜体外，可以形成引力透镜体的星系内大于六分之五区域内的可见物质发出的光线因引力透镜体的折射特性导致无法被人类所观测。越来越多天文观测结果证实弥散星系内不包含任何暗物质。
宇宙学红移，除了包括本超星系范围外的星系内的天体谱线特征点红移值的贡献，星系本身加速远离人类所产生的多普勒效应才是对红移值最大贡献。
本超星系范围外的所有星系都在加速远离人类，这是自由落体运动规律，自由落体运动规律造就自由落体之间两种截然相反相互运动方式：相互聚集和相互分离：
1.相互聚集
同一等势面上的自由落体之间相互聚集形成各级星系；与地心引力场中屋檐下同一高度上的雨滴之间相互聚集原理相同；银河系与仙女座星系就像是本超星系内屋檐下同一高度上的两颗雨滴；本超星系内的所有星系均位于宇宙中心引力场同一等势面上；换句话来说：位于宇宙中心引力场同一等势面上的星系之间相互聚集；位于宇宙中心引力场不同等势面上的星系之间加速分离，产生宇宙学红移和宇宙空洞。
2.加速远离
不同等势面之间的自由落体之间相互加速退行；在引力势差作用下屋檐下不同高度上的雨滴之间加速分离；本超星系范围外人类视线上距离不同两点之间就是宇宙中心引力场不同等势面之间，星系在不同等势面之间加速退行；光线在不同等势面之间的传播过程产生红移，红移值等于两点所在等势面的弯曲曲率自然对数（引力势）差：
Z=ln[(R-a)/(R-b)]
其中
R——宇宙视界半径
a——A点距人类的视向距离
b——B点距人类的视向距离
令
a=0
b=D
D——本超星系范围外星系距人类的视向距离
则得到本超星系范围外的星系谱线特征点红移定律公式：
Z=ln[R/(R-D)]
哈勃定律公式仅仅是宇宙学红移定律公式的一级泰勒近似。
另外，推荐一个对人类超纲的定理，会令人类的大脑会宕机，但总会有个别人的脑容量超重，这个定理就是裸奇点定理：
观察者所在时空内必然存在唯一裸奇点且呈现为观察者所在时空的视界。
由该定理可推导得出宇宙学第一性原理：
宇宙是广义相对论时空，存在中心奇点，因与人类同在同一个视界内而裸露可见，成为裸奇点并呈现为宇宙的视界。
宇宙学第一性原理成为解释宇宙时空内星系宏观运动规律的引力学和光学的基础。
1. 万有引力定律
- 公式为 ，其中 是两个物体之间的引力， 是引力常量， 和 是两个物体的质量， 是两个物体质心的距离。
- 帮助：它可以用来解释行星绕恒星的运动。例如，地球绕太阳运动，太阳对地球的引力提供了地球做圆周运动的向心力。通过这个定律，我们可以计算行星的轨道参数，如轨道半径、周期等。科学家可以根据行星的运动来推测恒星的质量，也能预测天体的轨道变化，像发现海王星就是通过对天王星轨道摄动的分析，利用万有引力定律计算出它的位置。
2. 开普勒定律
- 第一定律（轨道定律）：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
- 第二定律（面积定律）：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
- 第三定律（周期定律）：所有行星的轨道半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比值都相等，公式为 （ 是轨道半长轴， 是公转周期， 是一个与行星无关的常量）。
- 帮助：开普勒定律是对行星运动的精确描述。第一定律让我们知道行星轨道的形状不是简单的圆，而是椭圆，这改变了之前的观念。第二定律可以帮助我们理解行星在轨道不同位置的速度变化，离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。第三定律则能用于计算行星的周期或者轨道半长轴，通过比较不同行星的轨道半长轴和周期，能更好地理解太阳系的结构和行星之间的关系。
3. 哈勃定律
- 公式为 ，其中 是星系退行速度， 是哈勃常数， 是星系与我们的距离。
- 帮助：哈勃定律是宇宙膨胀理论的重要依据。它表明星系离我们越远，退行速度越快，这让我们认识到宇宙不是静态的，而是在不断膨胀。通过测量星系的退行速度和距离，我们可以估算宇宙的年龄，并且研究宇宙的演化过程，对构建宇宙模型有着至关重要的作用。
“太阳初级射线”是磁单极子金属氢。
磁场里高速流动的物质裂解为金属氢；金属氢的磁力矩相互切割聚合形成新元素时伴生电磁波。
进入地球磁场的金属氢（太阳初级射线）聚合形成臭氧等伴生电磁波——阳光。
金属氢聚合形成新元素的质量与其释放的能量成正比。
金属氢是电磁波的载体。
电磁波的传播离不开金属氢磁力矩的震荡，具有波粒二象性。
天文学中有很多重要的公式和定律，它们帮助科学家和爱好者更好地理解宇宙的结构和规律。以下是一些关键的公式和定律，以及它们在天文学中的应用：
1. 开普勒定律：
- 第一定律（椭圆轨道定律）：行星绕太阳的轨道是一个椭圆，太阳位于一个焦点上。
- 第二定律（面积定律）：行星在其轨道上运动时，连线连接行星与太阳所扫过的面积在相同时间内是相等的。
- 第三定律（周期定律）：行星的公转周期与其轨道半长轴的立方成正比，公式为 \( T^2 \propto a^3 \)。
这些定律帮助我们理解行星运动的规律，并为后来的天体力学奠定了基础。
2. 牛顿万有引力定律：
- 公式为 \( F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \)，其中 \( F \) 是引力，\( G \) 是引力常数，\( m_1 \) 和 \( m_2 \) 是两个物体的质量，\( r \) 是它们之间的距离。
- 这一公式解释了行星、卫星和其他天体之间的引力作用，是理解天体运动和轨道的基础。
3. 爱因斯坦的广义相对论：
- 其中最重要的方程是爱因斯坦场方程，描述了物质如何影响时空的曲率。
- 该理论揭示了引力的本质，认为引力不是一种力，而是时空的弯曲。它帮助我们理解黑洞、引力波等现象。
