质心说揭秘开普勒定律及其他疑难（质心说系列四）

郑炳南

江西省乐平市第二中学     邮政编码  333300

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摘  要：牛顿质心说是行星运动的本质属性，摆线是行星的基本轨道。因为，开普勒椭圆理论以特殊摆线的身份，特殊的捷径，使航空航天获得了巨大成就。由于椭圆理论是以日心说为基础的，又因为日心说毕竟不是物质运动的本质属性。既然椭圆是特殊摆线，那么，椭圆理论在质心说摆线里是有其新含义的。其三个定律完全可以用质心说解释。比如，第二面积定律，实际上是太阳和行星绕公共质心（简称质心）运动切线速度的合成。第三定律里，椭圆半长轴就是行星到质心的距离。还有，行星轨道为什么有同向性、同面性？近日点为什么进动等。这些用日心说椭圆理论是无法解答的。只有运用质心说摆线理论，去解释才能够迎刃而解。解释问题必须抓住事物的本质。

关键词：质心说；摆线轨道；椭圆定律；同向性；同面性；

 

1. 引言：

牛顿质心说理论：是行星运动的本质属性。它导出了行星摆线轨道。因为开普勒椭圆理论是日心说的产物，不是质心说的产物，根本无法体现行星运动的本质属性。行星运动有许多疑难问题，只有狠抓本质属性质心说，才是解答行星运动难题的钥匙。如果按照质心说摆线理论，那么，开普勒定律的质心说含义，那些行星轨道的同向性、同面性、变速性，近日点进动等疑难问题就迎刃而解。这也验证了：行星运动质心说摆线轨道是其本质。

2.质心说揭秘开普勒椭圆三定律

牛顿质心说是：“……两个物体，不论是被吸引者或是吸引者，都不是真正的静止，而两者是互相吸引，绕公共重心旋转。”^[1] 质心说是物质运动的本质属性，摆线是天体运动的基本轨道，质心运动是天体运行的根本原因。

下面我们就抓住太阳系“质心说”和“质心运动”，来揭秘开普勒椭圆定律的质心说本质含义。

 

2.1. 第一定律（轨道定律）^[2]

所有行星围绕太阳运行轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。（图2.1.1）

 

1，他是以日心说为基础的，太阳不动，速度为0。

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                图2.1.1                                  图2.1.2

    图2.1.1说明，A,B为椭圆的两个焦点，O为           图.2.1.2说明，A为太阳，C为行星，O为

椭圆的中心，太阳在焦点A上，焦点B搁空，          质心，A绕O顺时针运动，C绕O逆时针运

行星C在椭圆上绕太阳A运动。AO为焦心距，         动，AO，CO分别是太阳和行星到质心的距离，

α是AO,CO的夹角。这是太阳参考系。               α是AO,CO的夹角。这是质心参考系。

质心说是行星和太阳都是绕质心运动的，太阳也运动，速度不为0 。（图2.1.2）

就是作为太阳静止不动，速度为0，只有行星绕质心运动，那么A就不在圆心上。这样，行星绕太阳运动只能是偏心圆，不是椭圆。（图2.1.2）

2，开普勒定律里太阳与行星的距离，是质心到太阳和行星距离的合成。在远日点的距离是质心到行星和太阳距离的和，近日点的距离是行星和太阳到质心距离的差。开普勒把行星与太阳的距离，掩盖了太阳与质心的距离。太阳与质心的距离，让给了行星。实质上，它们距离的合成关系完全符合余弦定理。（图2.1.2）

即 AC²=AO²+CO²-2AO*COcosα                              

如果设 AO=1  CO=3  α=0  那么AC² =1+9-2*3*1=10-6=4  AC=2 即近日点CO-AO

如果设 AO=1  CO=3  α=180  那么AC² =1+9-2*3*(-1)=10+6=16  AC=4  即远日点CO+AO

3，按照质心说，太阳和行星一样绕质心运动，速度不为0.并且，行星和太阳绕质心运动的周期不同，角速度不相等。

变换参考系：太阳绕质心作圆周运动，换成质心绕太阳作圆周运动。

所以，以太阳为参考系，行星绕质心作圆周运动，质心又绕太阳作圆周运动，这样，行星绕太阳运动的轨道就是摆线。（图2.1.3）

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                                   图2.1.3

                图2.2.3说明：太阳A绕质心B顺时针运动，变换参考系，

就是B绕A顺时针运动，行星C绕质心B逆时针运动运动，

C绕A就是内摆线运动。D,F是近日点，E,G是远日点。近

日点，太阳和远日点不共线。

4，在椭圆轨道里，近日点，太阳和远日点是在一条直线上的。但是，在质心说摆线轨道里，（如图2.1.3），摆线DEF,D,A,E,就不共线，摆线FGC，F，A，G也不共线。

5，行星的精确轨道是双螺旋摆线。

宇宙中，天体之间的距离是逐渐变化的。我们从美国天文学家R.P.Haviland在《IEEE天线与传播杂志》上，《模拟太阳活动周期》^[3] 一文的图里，就可以直观地看出，质心在太阳体上面，从1950年——2000年间，50年螺旋变化情况。按照杠杆原理，行星绕质心运动也是螺旋线。所以，行星绕日运动精确轨道是双螺旋摆线。

开普勒椭圆是他运用第谷丰富的观测数据，到几何图形里去寻找，发现了椭圆最适合。他不存在逻辑推理。

 

2.2.第二定律（面积定律）

对于任何一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间扫过相等的面积。

按照质心说，行星和太阳都是绕质心运动的。行星是逆时针方向运动，太阳是顺时针方向运动。以太阳为参考系，行星绕太阳运动轨道是内摆线。

1，为什么行星在近日点速度快呢？因为行星轨道是内摆线，行星逆时针方向，与太阳顺时针方向绕质心运动，时针方向相反。在近日点的时候，它们的切线方向也相反，是会车速度，快。（图2.2.1）（图2.2.3）

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                     图2.2.1                                     图2.2.2

    图2.2.1说明：O是质心，CD是太阳的切线速度，      图2.2.2说明：同图2.2.1，仅仅是α角

    平移到AE,AB是行星切线速度，因运动方向相反，      愈来愈小，到0度。BE就成为它们之差。

α角愈来愈大，到180度，BE是他们的速度之和。

2，行星在远日点速度为何慢呢？在远日点的时候，因为它们的时针方向相反，而切线方向却相同，是超车速度，慢。（图2.2.2）（图2.2.3）

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                                         图2.2.3

                      图2.2.3说明：EF是太阳绕质心运动在E点的速度，平移得

AG,CH，AB,CD都是行星在A.C点的速度，在近日点A的时候，

是会车速度。快。在远日点C的时候，是超车速度，慢。  

 

3，开普勒的面积定律（速度定律），实际上是行星和太阳绕质心运动速度的合成，完全符合余弦定理的。CD平移以后得出AE，与AB合成：（图2.2.1）（图2.2.2）

即，BE²=AB²+AE²-2AB*AEcosα

假设：AB=5  AE=CD=1 在即将到近日点的时候，α角逐渐变大，一直大到180度，设α=180度，则：

BE²=5²+1²-2*5*1cos180=25+1-2*5*1*（-1）=26+10=36，BE=6=AB+CD

如果即将到远日点的时候，α角逐渐变小，一直小到0度，设α= 0度，则：

BE²=5²+1²-2*5*1cos0=25+1-2*5*1*1=26-10=16，BE=4=AB-CD

4，如果以地球为参考系，描述火星轨道是外摆线。因为，火星与地球绕质心运动时针方向是相同的。在近地点的切线方向相同，是超车速度，慢。在远地点，切线方向却相反，是会车速度，快。开普勒面积定律，在其他行星参考系无用。摆线理论在任何（X）参考系都可以求行星在近（X）点，远（X）点的速度，可通四海。

 

2.3. 第三定律（周期定律）

所有的行星的轨道的半长轴三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

按照质心说，行星是围绕质心运动的。开普勒椭圆的中心实质上是质心。所以，按照质心说含义：行星绕质心公转周期的平方与行星和质心的距离的立方成正比。

第谷的数据是精确的，开普勒总结的规律基本上是正确的。开普勒三定律，都是花了不少工夫，在浩瀚的数学图形里寻觅，才寻找到椭圆，第三定律，也是在浩瀚的数据里，加减乘除乘方开方等，试验千万遍，千辛万苦才得出结果。在他的结论里，几乎看不到逻辑推理。因为日心说就是错误的，根据错误的日心说是不可能推理出正确的结果的。所以，天体运行理论，必须以质心说本质属性为根据，才能逻辑推理，迅猛发展。

总之，质心说原理揭秘了开普勒椭圆三定律，在质心说里的含义。值得庆幸的是，根据卡丹转盘揭示，椭圆是特殊的摆线，是摆线的子集。

 

3，质心说揭秘其他疑难问题

 

因为以前一直是以日心说和椭圆理论来解释，天体轨道疑难问题，不尽人意。因为，只有质心说才是天体运行的本质属性，摆线才是天体运行的根本轨道。下面，用质心说摆线揭秘行星运动的同向性，同面性等疑难。

 

3.1行星运动为何同向

在银河系，太阳系的太阳和行星绕质心运动的原因，都是根据质心运动定理，质心在银河系波浪式运动而引起的。

如果在太阳与质心的连线上，过质心引这条连线的垂直面。根据质心的定义，按照杠杆原理，因为太阳的质量大，是一侧，所有的行星质量小，同在这个面的另外一侧。假如起始太阳在右侧，所有行星在左侧。因为太阳系天体的运动，都是因为质心运动而引起的。所以只要质心往上面一运动，那么，太阳就绕质心往下顺时针方向运动，所有行星绕质心往下就逆时针方向运动。因为所有行星的质量和，比起太阳的质量太小了，只能在太阳的对立面，手挽手地同起同乐了。

这就是所有行星运动方向一致的原因。

 

3.2. 行星运动为何同面

这同样是质心运动定理决定的。

因为太阳的质量太大，所有的行星质量的和，还是微不足道的。所以，质心与太阳质心的连线，和质心在银河系运动的路线（直线或者是曲线的切线）是相交于质心的二相交线，可以确定一个面。这个面就是所有太阳系天体运动的共同面。

 

3.3.行星轨道近日点为何进动

水星和其他行星轨道近日点都有进动。它们近日点的进动，是因为太阳绕质心运动，通过参考系变换后，就是质心（动圆的圆心）绕太阳运动。如果，太阳不绕质心运动，那么只有行星绕质心运动了。这样，质心就不绕太阳运动，近日点就不会进动了。所以行星近日点的进动是因为太阳绕质心运动的结果。

 

4，结论   .

 

因为开普勒定律是根据哥白尼日心说理论，根据第谷的数据资料，在浩瀚的几何图形和庞大的数据里，千辛万苦整理出来的。因为日心说是错误的宇宙观，无法逻辑推理，只能埋头寻觅。特别凑巧，选中了特殊摆线——椭圆，毕竟是摆线的子集。只要发展到母集摆线就非常完美了。他又凑巧选中了面积定律，符合了质心说里二速度合成的余弦定理。特别是第三定律，能够选中公转周期的平方和椭圆半长轴的立方，并且发现它们成正比。虽然，椭圆半长轴在质心说里，是行星到质心的距离，毕竟，开普勒时期，牛顿质心说还没有问世。从中可以看出，开普勒可谓是天才的凑巧家。

行星运动的同向性，同面性和近日点进动都是质心说内容，日心说椭圆是无法推理的。

总之，质心说是天体运行的本质属性，摆线是天体运行的根本轨道。只要抓住质心说摆线和质心运动定理，不管什么天体运行疑难问题，都能迎刃而解。这是颠扑不破的真理。

                                                           2015-05-30于海口

参考文献

[1][英] 牛  顿 著，王克迪译 2006年1月《自然哲学之数学原理》(北京大学出版社) P110

[2]豆丁网-开普勒定律《日食、月食、开普勒定律》http://www.docin.com/p-117460620.html

[3][美] R.P.Haviland《模拟太阳活动周期》《IEEE天线与传播杂志》，第一卷，37，第5号，1996-10  P41