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1 系外行星不可观测的数理依据 (修改版)

系外行星不可观测的数理依据
(修改版)
近些年来不断有世界各国天文观测站宣称发现数十光年甚至数百、上千年以远的系外行星的新闻报道,并且认为可观测到系外行星的海洋性气候以及人类宜居的自然环境情景,等等!有些天文网站还为此建立了有关系外行星的专题论坛!可见世界各地天文台发现系外行星的传闻已成为人们普遍公认的事实!
对于系外行星的观测问题,我们通过“双径距比计算原理”就可作出肯定性的回答:人类以现有的观测技术和手段还不可能观测到系外行星,特别是10光年以远的系外行星绝对不可能观测得到!那些宣称观测到数十光年甚至上百光年以远的多个系外行星的说法都是不可能有事实和理论依据的!完全是个误区和编造!
人类能否以现有的光学天文观测望远镜观测到系外行星?这首先是个理论问题,其次才是技术问题!我们将在本节的议题中讲到,理论上,导致人类不可观测系外行星有两大决定性的因素:
第一是视直径太小,通过“双径距比计算原理”计算可知,以一个3万公里直径的系外行星为例,如位于1光年以远,视直径仅为约10一7mm,这个视直径若转化为月球上的物体直径,仅相当于一台电视机还要小;如位于10光年以远,其视直径仅约为10一8mm,这个视直径若转化为月球上的物体直径,仅相当于一部5.5英寸的手机还要小;如位于100光年以远,则其视直径仅相当于月球上的一颗黄豆还要小!而人类要想在地球上看到月球上的一台电视机和一部手机是不可能的,要看到一颗黄豆就更不可能!
第二,但人类看不到系外行星的主要原因还不是视直经太小的问题,而是系外行星本身不发光而仅有反射光,这样的反射光如果在本恒星上看可能很亮,但经过非常遥远的传递路程后会严重衰弱,造成视亮度非常黑暗的问题,经粗略计算仅为月亮亮度的万亿分之一,这是不可观测或不可分辨的亮度!因此无论是视直径还是视亮度的问题,任何其中一个因素都可导致系外行星不可观测!下面我们就来计算和分析这两大因素。
一〉、系外行星的视直径问题
下面我们首先利用“双径距比计算原理”计算天文台宣称发现的所谓系外行星(太阳系外)的视直径等参数,用数据证明这些系外行星(特别是10光年以远的行星)的发现不可能!
现我们以美国宇航局前不久发现的开普勒22b的系外行星!该系外行星的直径为28000公里,距离地球为600光年。该系外行星的平均气温为21摄氏度,海洋性气候十分宜人居住,等等!此外,还用数张彩照显示和描述该行星的具体情景! 下面我们将用计算数据来证明美国宇航局发现的开普勒22b系外行星是真是假!
设月亮为1,系外行星为2。 己知:22b系外行星的直径为:
d2=28000km,距离为L2=600光年=5.676×1015km。月球的直径为d1=3476km=3.476×103km;月地距离L1=3.844×105km,月亮视直径φ1=4mm;求22b系外行星的视直径φ2=?
根据“双径距比计算原理”计算式d1/L1φ1=d2/L2 得:
φ2=L1d2φ1/d1L2
即φ2=3.844×105km×2.8×104km×4mm/3.476×103km×5.676×1015km=10.7632×109×4mm/19.73×1018≈2.18×10-9mm
这个计算结果说明,直径为28000公里的22b系外行星的视直径当与月亮的视直径(约4mm)相比时约为2.18×10-9mm!几乎比光波的波长还小数倍!就是说美国宇航局的天文望远镜可以观测到视直径比光波波长还小数倍的遥远系外行星!
为了使读者理解更明快,在此我们把系外行星这个视直径转
换为月球上的一件小物品,从月球上这件小物品使读者直观地理解天文观测的最大能耐?现在我们就来计算一下:
已知:月球的直径为d1=3476km=3.476×103km, 小物品视直径为φ2=2.18×10-9mm,月亮的视直径等于太阳视直径φ1=4mm,月球距离与小物品至地球的距离相等,L1=L2。
根据计算式d1/L1φ1=d2/L2φ2 当L1=L2时 得
d1/φ1=d2/φ2 或 d2=d1φ2/φ1
即d2=3.476×103km×2.18×10-9mm/4mm≈1.9×10-6km≈1.9mm
请读者注意1.9mm是月球上物体的直径,而不是视直径!这个物体直径应该相当于一颗芝麻一样大小!就是说美国宇航局的天文望远镜要观测到22b系外行星相当于能够观测到或者能识别出月球上的一颗芝麻大小的物体!这还不止,美国宇航局还必须能看到月球这颗芝麻上的斑点!因为他们认为己观测到22b的海洋和岩石!
为了加深读者的印象和增加这一问题的有趣性,我们假设22b系外行星不是处在600光年以远的地方,而是处在1光年以近的地方,然后将它的视直径换算或等效为月球上物体的直径,看看这个物体能否可以被美国宇航局的天文望远镜所观测得到。
根据以上变换φ2=L1 d2φ1/d1L2,假设22b行星距离L2=1光年,
即得φ2=3.844×105km×2.8×104km×4mm/3.476×103km×9.46×1012km=53.816×1012mm/×1015≈1.3×10-6mm
1.3×10-6mm的结果是22b系外行星位于1光年远的位置时的视直径!下面我们将这视直径转换或等效为月球上的物体直径,看看这一月球上的物体有多大:
根据以上变换d2=d1φ2/φ1 当22b行星的视直径为1.3×10-6mm时,d2=3.476×103km×1.3×10-6mm/4mm≈1.1m
1.1m的直径长度仅相当于一台45英寸的电视机还要小!这就是说美国宇宙局的天文望远镜至少要能够观看到或分辨月球上的一台45英寸的电视机,才能认为可观测到1光年远的22b行星!若要看到1光年远22b行星上的海洋和云彩,至少要看到月球上电视机的字幕和比赛足球!要真能这样,那美国的观测科技就厉害了,不仅在美国就可看到天安门城楼上的毛主席画像和眼睛眉毛!而且还更应该清楚看到当年美国阿波罗号宇航员遗留在月球上的登月车和美国国旗!人们根本用不着争议美国当年登月的事实是真是假!但很显然,美国宇航局没有这个能力,英国南方天文台也没有这个能力!因此1光年以远的系外行星也就不能观测得到!而离地球最近的恒星也至少有3光年以远,所以我们坚信所有的系外行星人类都不可能通过光学望远镜观测得到!那些所谓观测到数百光年甚至上千光年以远的系外行星以及海洋性气候的说法也都只是不切实际的宣传!那些放在百度百科上的所有系外行星的照片肯定都是电脑的虚拟作品!
二〉、天文观测的视直径极限问题
为了进一步证明以上观点,我们有必要求证现代天文望远镜的最大观测极限。人类通过光学天文望远镜观测宇宙的范围是有极限的,而不能是任意的!那么这个极限范围应是多少呢?我们这样回答读者可能会更信服一些:即以现今天文观测台观测到本太阳系内最小的行星和卫星作为参考依据!
众所周知,冥王星的卫星(直径约为1000公里)是经几代科学家艰难努力最后发现的一颗最遥远、直径也很小的卫星,可以认为,这一发现可能已经接近或达到了光学望远镜的能力极限!也就是说即使光学望远镜还可能观测得更远,但可能也不是很远了!在此我们就通过计算来寻求这一可能的最大观测极限:
设月亮为1,冥王星卫星为2。我们已知卫星的直径为1000公里,距离地球约5.917×109公里。已知:d1=3.476×103km;L1=3.844×105km;月亮视直径φ1=4mm;L2=5.917×109km;d2=103km;求冥王星卫星的视直径φ2=?
根据计算式d1/L1φ1=d2/L2φ2得:φ2=L1 d2φ1/d1L2
即φ2=3.844×105km×103km×4mm/3.476×103km×5.917×109km=19.22×108mm/20.567×1012km≈7.5×10-5mm
冥王星卫星的视直径只有7.5×10-5mm,这是人眼无论如何也看不到的东西!但只要普通光学天文望远镜放大到几千倍左右,使其视直径接近0.01mm的范围,也就是相当于眼前的一个头发丝,这样的视直径人眼是可看到的,甚至再小一点也还勉强可以看到,但绝对不可能观察到具体特征!这就是专家们为什么发现该卫星如此之艰难但又能最终发现的根本原因!
我们从此可联想到,7.5×10-5mm尽管可能还不是光学望远镜的观测极限,但可能已经是极限的边缘了!对此我们要试问天文专家,假如冥王星再远1倍(120亿公里)我们还能观察到它的这颗卫星吗?如能,2倍呢?3倍呢?10倍呢?如果天文专家认为冥王星再远10倍也能看到这个卫星的话,那么我们就有理由认为这是在夸张撒谎!所以我们也就有理由认为7.5×10-6mm应该就是天文观测行星最小视直径的限值!这个极限值相当于光学天文望远镜观测到600亿公里远的冥王星卫星!即10倍于冥王星的距离!
下面我们就以7.5×10-6mm的视直径极限值反推或换算成3万公里直径的系外行星,看我们能够观测到最远的系外行星距离究竟是多少?或者说,当我们能见到直径为3万公里、视直径为7.5×10-6mm的系外行星时,它与地球的距离应为多少?
设月亮为1,系外行星为2。
已知L1=3.844×105km,d1=3.476×103km,φ1=4mm d2=×3×104km, φ2 =7.5×10-6mm 求L2?
根据双径距比计算式得:L2=L1 d2φ1/d1φ2
即:L2=3.844×105km×3×104km×4mm/3.476×103km×7.5×10-6mm=46.12×109km/32.33×10-3≈1.43×1012km≈0.15光年
这个悲观的结果告诉人们,只有当现代光学天文望远镜可以观测到600亿公里以远,直径为1000公里的冥王星卫星时,才可能观测到0.15光年以远,直径为3万公里的系外行星!我们认为专家们没有把握观测到600亿公里远的直径为1000公里大的冥王星卫星,所以也就不大有可能观测到直径为3万公里、0.15光年以远的系外行星!更不用说有可能观测到1光年或更远的系外行星了!这也就是说,光学天文望远镜的观测极限决定了所有的系外行星都不可观测!
如我们再将冥王星卫星的视直径设定极限值(7.5×10-6mm)转化月球上的小物体,它的直径才仅为6.5m,相当于一辆小汽车的长度!现在问题很清楚,即使完全不考虑亮度问题,天文望远镜至少要能够分辨出月球上的一辆小车,才能有资格谈论可以观测到600亿公里远的冥王星卫星以及0.15光年远的系外行星!
正是专家们对星球三大参数计算原理的无知,才任意夸大天文望远镜的无限作用!而社会普通人也才不得不跟风迷信。
三〉、恒星和星系的观测极限
由于恒星和星系相对行星而言不存在光亮度的问题,因此恒星和星系的视直径观测极限要小得多!恒星可能要达到10-9mm左右,星系的视直径极限要比恒星大一些,可能在10-7mm!超过这一范围可能也可看到,但可能已是模糊的一片了。如按此视直径极限用“双径距比计算原理”换算,恒星的可观测极限距离可能达到数万光年以上,但可能不会超过至8万光年!星系的可观测极限可能达到千亿光年以上!当然这仅是对天文光学望远镜而言,射电望远镜将另当别论。
四〉系外行星的视亮度问题
然而,视直径太小和距离太遥远只是导致无法观测到系外行星的一个鸡毛祘皮的问题,而比此严重万倍的问题还在于系外行星的视亮度非常非常之黑暗!因为我们从太阳系行星的光亮度知道,行星的最大亮度不过就是月亮的亮度,这样的亮度在到达遥远的地球后几乎趋向于零!再加上视直径又非常的小,所以就更不可观测!
也许有读者会认为,冥王星卫星由于距离太阳很远,太阳光反射光很弱,所以观测困难!而系外行星离恒星很近,反射光很强,所以观测容易!这正是一个天大的误解!具有初中物理学知识的读者可能都应该知道,光的传递是以1/R2(R为光传距离半径,如月亮至地球为一个光传半径)的速率衰减的,即使我们假设的系外行星有如月亮般的亮度(甚至更亮),经过数10光年以远的距离传递衰减也会变得无法想象的黑暗!因为10光年相当于2.5×106个月地距离!如设系外行星的亮度等于月球的亮度p1,到达地球的亮度或观测视亮度为P,则P≈P1/(2.5×106)2.≈P/7.5×1012 这说明到达地球的行星亮度只有月球亮度的数万亿份之一!系外行星这一亮度肯定比冥王星卫星黑暗数万倍!因此仅从亮度上考虑,系外行星在主恒星的侧面依靠反射光是无论如何也观测不到的!唯一只有依靠别的办法! 最近我们在有关天文论坛上,发现有些权威人士承认,宜居系外行星多是科学家通过凌星光变化原理发现的。这种讲法初听起来似乎很有专业的理由,但认真分析起来,这是一种缺乏科学依据的矛盾说法!因为所谓的凌星光变化实质是行星经过恒星正面时产生黑影引起的恒星光变化,而不是系外行星的光变化!系外行星应该没有反射光信号到达地球,即使有也很微弱,也会被強烈的恒星光所淹没!更何况这一黑点视直径非常非常之小(仅为光波波长的数份之一),前面已讲过这样微小的视直径是光学望远镜不可观测的无能为力的!并且行星在凌星时是最黑暗的,更加不可观测和不利于分析!,专家们要想从仅为数份之一光波长的黑点中识别和分辨出那些是恒星星云、那些是凌星行星、那些又是行星海洋、岩石等等是不大可能的!如果不能分辨,那么所谓的发现也就失去新奇的价值和意义!因为每一个恒星都有可能存在很多的行星,用不着专家去发现人们也自然会猜想得到!
综上所述,无论是系外行星的视直径计算数据还是亮度分析,任意一个理由都能成为系外行星不可观测的决定因素!
作者:乘宇 2018年5月再次修改
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作者:乘宇 2018/5/31 11:42:51 | 回复楼主 举报 TOP

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