第二百八十章 找到你了,柯南!(中)(1 / 2)

走進不科學 新手釣魚人 16092 字 11個月前

解。

這是數學中一個非常特殊的字,具有宏觀意義上的糾纏態。

這個字後麵可能空無一物,也可能會有洋洋灑灑的內容鋪滿版麵。

同時哪怕是鋪滿版麵的內容,最終的結果也很可能和空無一物相同。

另外它也和解題者的樣貌、文具沒有任何關係。

當然了。

作為這次觀測的發起人,徐雲自然不會是前者。

因此在寫下一個解字後,他便繼續開始繪製起了最初始的計算。

至於計算的初始切入點嘛......

自然就是提丟斯-波得定則了。

眾所周知。

作為文明史的重要分支,人類的科學史可謂是眾星雲集,璨若星河。

這些牛人基本上都是天才,但也不乏後起之秀憑借匪夷所思、駭世驚俗的猜想而躋身於巨星之列。

比如法拉第,比如51歲才寫出了5G標準信道編碼的埃爾達爾·阿裡坎。

又比如某個叫做約翰·提丟斯的德意誌中學老師。

約翰·提丟斯生活在18世紀,那個時期,人們已知太陽係有六大行星。

即水星、金星、地球、火星、木星、土星。

提丟斯是個天文愛好者,經過長期的觀測,他在1766年寫下了這麼一個數列:

a=0.4+0.3X2^k。

裡頭的a是指行星到太陽的平均距離,也就是1.5億公裡。

其中k=0,1,2,4,8,16.......,0以後數字為2的n次方。

如果以日地距離...也就是1.5億公裡為一個天文單位,那麼六大行星到太陽距離的比值分彆是:

0.4、0.7、1.0、1.6、5.2、10.0。

而實際上的數值是:

0.39、0.71、1.0、1.52、5.2、9.8。

是不是很驚訝?

沒錯。

在星空這個參考係中,兩個結果可以說無限接近於一致。

1781年的時候,赫歇爾就是在接近19.6的位置上(即數列中的第八項)發現了天王星。

從此,人們就對這一定則深信不疑了。

根據這一定則。

在數列的第五項...即2.8的位置上也應該對應一顆行星或者小行星,隻是在當時還沒有被發現。

於是許多天文學家和天文愛好者便以極大的熱情,踏上了尋找這顆新行星的征程。

這顆小行星就是穀神星,發現者正是現場的高斯。

後來這個規律被柏林天文台的台長波得總結,歸納成了一個經驗公式來表示,叫做提丟斯-波得定則。

說道這裡,就又到了鞭屍某度百科的時間了。

如果你在百度上搜索提丟斯-波得定則,會在詳細介紹中看到一句話:

【由於1846年發現的海王星、1930年發現的冥王星與該式的偏離很大,故許多人至今持否定態度”】

其中百科給出的海王星的推算數據是38.8個天文單位,實際距離30.2個天文單位。

冥王星的推算數據是77.2個天文單位,實際距離39.6天文單位。

是的,看到這裡,天文專業的同學應該發現了一個問題:

某度小編把冥王星的數據計算成了77.2——這特麼是太陽係內邊界的距離......

實際上呢。

在計算過程中,由於k次多項式存在的緣故,冥王星和海王星是共用n=8來計算的。

所以根據提丟斯-波得定則計算,冥王星的誤差率是2%,而非200%。

這是天體物理以及天體測量第二學期就會明確標注在課本上的內容,作為一個百科欄目居然會犯這種錯誤,也是挺無奈的......

上輩子徐雲恰好有某段情節正好用到了提丟斯-波得定則,在騷擾...咳咳,谘詢某位在鳳凰山觀測站工作的朋友時,對方一度對百科表達了某些極其親切的問候與祝福。

當然了。

造成這種情況的很大部分因素要歸結於知識的冷門,提丟斯-波得定則本身就是個小眾知識,更彆說冥王星這個小眾中的小眾了。

總而言之。

後世對於提丟斯-波得定則在數學計算的數值方麵基本是沒意見的。

它的主要爭議在於物理意義模糊,是一個純粹的經驗公式,很難從原理上進行解釋。

像an+1∶an=β之類的其他測定方式,基本上也都是數學方麵精準,但物理意義不明的情況。

隨後徐雲又寫下了兩個個公式,也就是k次多項式的函數和最小誤差值:

f(x)≈g(x)=a0+a1x+a2x2+a3x3+...+akxk。

loss=i=0∑10(g(i)?f(i))2。

這樣一來。

隻要找到合適的係數,就能令誤差值最小了。

而就在徐雲優化函數的同時。

其他人也沒閒著,各自按著預定好的計劃在行事。

例如老湯正和來自格林威治天文台的技術人員拍攝著今天的星圖,高斯則整理起了布萊德雷家族留下來的獨門觀測記錄:

“0.00066045..0.01072261...0.12684538....0.43146853.....”

眾所周知。

如果是需要僅僅通過數學來計算行星軌道數據,那麼必然會用到開普勒行星三定律:

第一定律:

每一個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽,而太陽則處在橢圓的一個焦點中。

第二定律:

在相等時間內,太陽和運動著的行星的連線所掃過的麵積都是相等的。

也就是Sab=Scd。

第三定律則是:

各個行星繞太陽公轉周期的平方,和它們的橢圓軌道的半長軸的立方成正比。

即T2/a3=K,T為行星周期, K為常數。

另外還需要用到笛卡爾坐標係下的橢圓曲線,即:

Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0。

有了這些,隻要在加上某個工具就能進行計算了。

後世科技發達,計算軌道的工具一般是numpy,幾秒鐘就能計算出結果。

眼下雖然沒有numpy協助,但這玩意兒的計算邏輯實際上就是最小二乘法。

而最小二乘法的發明者不是彆人,正是高斯.......

“g(x)=?0.43146853+0.12684538x?0.01072261x2+0.00066045x3......”

“下一組是0.31468531...0.21538462....0.12960373....”

“0.05337995....0.01724942....0.32307692....”(注:所有數據都來自nasa開放的數據庫,非杜撰)

過了大概十多分鐘。

負責最終計算的黎曼抹了把額頭上的汗水,在紙上寫下了一個數字:

0.4857342657342658。

雖然目前還無法知曉冥王星的具體位置,更不知道它的重量大小。

但此前曾經提及過。

天王星在扣除海王星的引力之後,軌道依舊是有些異常的。

這個異常數據就是計算的切入點,也就是黎曼他們計算出來的這個數字。

高斯接過這張紙掃了幾眼,搖了搖頭。

這次他們彙總到場的觀測記錄可以追述到1012年,手繪圖接近三萬兩千多張,黑白照片大概2700張左右。

麵對這些資料,三次多項式計算出來的結果顯然做不到精確擬合。

不過這個情況早在高斯和徐雲的預料之中,三次多項式隻是一波低成本的試探罷了。

要是得出來的結果精度夠高,那麼便可以省不少力氣,若是精度較低,高低也就虧一點時間罷了。

隻見高斯麵色沒有絲毫變化,轉頭對黎曼說道:

“波恩哈德,開高次冪吧。”

黎曼點點頭,猶豫片刻,問道:

“老師,還是用黃經嗎?”

高斯想了想,大手一揮,說道:

“繼續用黃經,上.....八次方!”

聽到八次方這個字眼,黎曼表情頓時一肅:

“明白!”

這輩子是鮮為人的同學應該不知道。

在行星軌道計算中。

x’是行星的真位置,x是平位置。

軌道經度是γN + NX',這兩段角度分彆在兩條不同的軌道上。

通過行星的真位置x'垂直畫一條黃經線,在黃道上交於x“,那麼γx“就是黃經L。

隨後高斯又看向一旁的西爾維斯特,問道:

“詹姆斯,你們的時間算好了嗎?”

西爾維斯特聞言咽了口唾沫,擰著眉毛道:

“已經計算出結果了,正在第三輪校驗,馬上就好!”

此前徐雲將整個團隊分成了數個模塊,西爾維斯特負責的就是時間校正。

這也是非常關鍵的一環——因為儒略日數和千年數是存在誤差的。

假設給定的時間JDE是標準的儒略日數,τ是千年數。

那麼τ的表達式便是τ=(JDE - 2451545.0)/ 365250。

在如今這種量級的計算中,哪怕是一位小數都可能差之千裡。

五分鐘後。

西爾維斯特猛地抬起頭,對高斯道:

“校驗無誤,τ是0.00834422!”

高斯轉過頭,對黎曼說道:

“波恩哈德,記下了嗎?”

黎曼飛速將數字填入,甚至隻來得及發出一聲‘嗯’。

計算到了這一步,接下來的事情就很簡單了,隻剩下了計算。

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