地球为什么每天都在远离太阳（地球正以每年1.5厘米的速度远离太阳）

地球绕着太阳运行，这似乎看起来形成了一个封闭的、不变的椭圆轨道。然而，如果我们观察足够高的精度，我们就会发现，我们的星球实际上是在盘旋着远离太阳。

2019年1月3日，地球到达了它的轨道上它最接近太阳的点：近日点。每一个围绕单个质量运行的物体(比如我们的太阳)都会形成一个椭圆，其中包含一个最接近的点，这个点是特定轨道所特有的。在过去的45亿年里，地球围绕着太阳以一个椭圆运行，就像在银河系和宇宙中所有其他成熟的恒星系中围绕着它们的恒星运行的所有其他行星一样。

但是，有一件事你可能不会预料到，也不会意识到：地球的轨道路径并不是保持不变的，而是随着时间的推移而向外旋转的。今年，2019年，我们的近日点比去年远1.5厘米，比前一年更远，等等。它也不只是地球，每颗行星都偏离了它的母星。

行星围绕太阳运行的模型，然后太阳以不同的运动方向穿过星系。它们的轨道是椭圆，随着时间的推移，它们似乎保持不变，但如果我们能够足够精确地测量它们，我们将看到与封闭的、不变的轨道略有偏离。

宇宙中每颗行星围绕太阳系运行的力是一样的：万有引力定律。无论是从牛顿的角度来看，每一个质量都吸引着宇宙中的其他所有质量，或者从爱因斯坦的角度来看，质量和能量曲线是时空的结构，其他质量在其中运动，最大的质量控制着它所影响的所有东西的轨道。

如果中心质量不变，并且是唯一起作用的因素，那么随着时间的推移，引力将保持不变。每一个轨道都将永远保持在一个完美、封闭的椭圆中，而且永远不会改变。

当然，事情不是这样的。每个恒星系都有其他质量：行星、卫星、小行星等等。这些质量的作用是扰乱轨道，使它们进动。这意味着最近的接近点--一般来说是近日点--随着时间而旋转。

在牛顿的引力理论中，当轨道围绕单个大质量出现时，就会形成完美的椭圆。然而，在广义相对论中，由于时空的曲率，还有一个额外的进动效应，这导致轨道随时间而移动，这种方式有时是可以测量的。水星以每世纪43"(1"为1/3600度)的速度运行；OJ 287中较小的黑洞以每12年轨道39"的速率运行。

轨道力学以各种方式影响昼夜平分点（春分或秋分）的进动。以地球为例，800年前地球的近日点和冬至是一致的，但它们正慢慢地分开。由于地球轨道的进动，它们慢慢地分开，每21000年完成一个完整的周期。

还有其他因素也改变了我们的轨道，包括：

·由于广义相对论而产生的额外的时空曲率，它使接近大质量的行星发生额外的进动。

·太阳系平面上物质粒子的存在，它在行星上产生阻力并。

·引力波的产生，也就是当任何质量(如行星)经过时空曲率变化的区域(如恒星附近)时所发生的事情，也会产生影响。

然而，后两种效应只有在极端条件下才是重要的，例如非常接近一个大的致密质量，或者在太阳系形成的早期阶段，当原行星盘存在并且仍然很大的时候。

原恒星IM Lup周围有一个原行星圆盘，它不仅显示了环，而且还显示了一个朝向中心的螺旋特征。可能有一个非常巨大的行星造成了这些螺旋形的特征，但这一点还没有得到确切的证实。在恒星系形成的早期阶段，这些原行星盘引起动力摩擦，导致年轻的行星向内螺旋，而不是完全完美的闭合椭圆。

今天，地球(和所有的行星)离太阳如此之远，被稀少的物质所包围，自从原行星盘在大约45亿年前完全蒸发之后，几乎没有什么东西可以消散我们的角动量了。对我们最大的影响是太阳风的排放，也就是来自太阳的粒子，它撞击到我们的星球并粘住，导致我们失去一点角动量。

总的来说，地球甚至没有向太阳旋转，而是向外旋转，远离它。太阳系的所有行星也是如此。随着时间的推移，我们发现自己离太阳的距离比前一年略远一点，即1.5厘米，或地球到太阳距离的0.00000000001%。

原因在于太阳本身。

这张照片展示了太阳表面和内部的不同区域，包括发生核聚变的核心区域。随着时间的推移，核心中的氦区域扩大，最高温度升高，导致太阳的能量输出增加。

在太阳的深处，核聚变的过程发生。太阳每秒发射大约3.846×10^26焦耳的能量，这些能量是通过将质量转化为核心能量而释放出来的。爱因斯坦的E=mc^2是根本原因，核聚变是一个过程，来自太阳的能量的持续发射是结果。这种能量是一种潜在的过程，它为地球上发生的几乎每一个具有生物意义的过程提供动力。

但人们没有充分认识到的是，随着时间的推移，物质转化为能量会导致太阳失去相当数量的质量。在太阳系45亿年的历史中，由于核聚变的过程，我们的太阳失去了约0.03%的原始质量：相当于土星的质量。

太阳系的行星，按其物理大小显示，所有的行星都按照一定的特定规则绕轨道运行。当太阳在燃烧核燃料时失去质量时，规律保持不变，但轨道本身发生了变化。

在每年的基础上，太阳损失了大约470万吨的物质，这就减少了对太阳系中每一个物体的引力。正是这种引力使我们的轨道按我们所知的方式运行。

如果拉力保持不变，由于摩擦、碰撞和引力辐射的影响，将会有一个非常、非常缓慢的向内螺旋。但是，随着我们实际经历的变化，地球，像所有的行星一样，被迫慢慢地向外漂移，并从太阳向外盘旋。虽然影响很小，但每年1.5厘米的变化是很容易计算的，而且是明确的。

从1973年起，由苏联发射的Lunokhod-2月球车包含一个角反射器(6号仪器)，用于将源自地球的激光反射到月球上，从而确定到月球的距离。使用这种技术可以获得厘米级的地球-月球距离的精度，但是没有这样的技术可以用这种精度测量到太阳的距离。

然而，我们还不能直接测量距离的变化。我们知道它必然发生；我们知道我们正在螺旋式地远离太阳；我们知道这正在发生在所有的行星上。

但是我们想要做的是直接测量它，作为对我们所知的物理定律的又一次测试。这就是物理学的进步：根据我们积累的所有知识和我们最好的理论来预测我们期望观察到的东西，通过进行一项试验/进行一次观察，将这种试验的结果测量到所需的精度，并将我们所看到的与我们期望的进行比较。

当事情进展顺利时，我们的理论就被证实了；当它们没有得到证实的时候，这就表明我们可能正处于一场科学革命的尖端。

使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)进行的观测发现，老恒星R Sculptoris周围的物质中有一种意想不到的螺旋结构。这一特征以前从未见过，很可能是由于一颗隐藏的伴星围绕着这颗恒星运行，这是ALMA出现的许多意想不到的科学结果之一。一般来说，意想不到的结果可以是新物理或物理系统的先兆，而且往往是自然界提供的最有趣的结果。

然而，就太阳系而言，如果地球和所有行星都没有螺旋式地远离太阳，那将是一种震惊。为什么我们必须螺旋远离太阳的故事是如此简单和令人信服，以至于我们不可能忽视它。

太阳输出我们所观察到的能量，这使我们可以通过爱因斯坦的E=mc^2来计算质量损失率。

太阳的质量，以及我们行星的轨道参数，决定了它们绕太阳旋转的路径和形状。

如果我们改变这个质量，轨道就会发生很容易计算的变化，即使用简单的牛顿物理学也是如此。

当我们进行这些计算时，我们发现地球以每年1.5厘米的速度远离太阳。

当我们把太阳系中已知的物体按顺序排列时，四个内部的岩石行星和四个外部的巨大行星显得尤为突出。然而，每一个围绕太阳运行的物体都在脱离太阳系的大质量中心，因为它燃烧着燃料并失去了质量。虽然我们还没有直接观察到这种迁移，但物理学的预测是非常清楚的。

通过燃烧核燃料，太阳的质量损失，随着时间的推移，我们的太阳系轨道上的每一个质量是慢慢地螺旋向外。大约45亿年前，我们的星球比今天离太阳近5万公里，而且随着太阳的继续进化，它将变得更远。

太阳燃烧其燃料的速度正在增加，加速了所有行星向外螺旋的速度。虽然这永远不会解除我们今天拥有的任何行星的束缚，但每个世界的缓慢、稳定和向外迁移是不可避免的。