天体公转自转及效应

天体公转自转及效应

本页刻画“新物理架构”中天体的自转/公转与等效电偶极子场之间的双向耦合关系，以及由此产生的稳定性、进动、能量交换与观测现象。

一、基本定义

自转（spin）：

天体围绕自身轴线的旋转，角速度记为 $\overrightarrow{\mathrm{\Omega }}$，自转角动量 $\overrightarrow{S}$。

公转（orbit）：

天体围绕主星或系统质心的运动，轨道角动量 $\overrightarrow{L}$，轨道要素含半长轴 $a$、偏心率 $e$ 等。

等效电偶极子（effective dipole）：

宏观天体在平均意义上可等效为偶极矩 $\overrightarrow{p}$（及/或磁偶极矩 $\overrightarrow{m}$）的电磁体，见 等效电偶极子。

二、符号与量纲（速查）

符号	含义（本理论视角）	备注
$\overrightarrow{\mathrm{\Omega }}$	自转角速度	方向沿自转轴
$\overrightarrow{S}$	自转角动量	$\overrightarrow{S}=I\overrightarrow{\mathrm{\Omega }}$（刚体近似）
$\overrightarrow{L}$	轨道角动量	与轨道平面法向相关
$\overrightarrow{p}$	等效电偶极矩	天体宏观等效（由内部电荷/光子堆结构决定）
${\overrightarrow{E}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}},{\overrightarrow{B}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}$	外部等效电/磁场	由主星与环境综合场叠加

三、场—运动的双向耦合

在等效描述下，天体受电磁偶极力矩： $\overrightarrow{\tau }\approx \overrightarrow{p}\times {\overrightarrow{E}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}+\overrightarrow{m}\times {\overrightarrow{B}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}.$

自转与公转的角动量交换满足（内力矩近似守恒）： $\frac{d\overrightarrow{S}}{dt}=\overrightarrow{\tau },\frac{d\overrightarrow{L}}{dt}=-\overrightarrow{\tau }.$

偶极—偶极相互作用的有效势能（方向相关）： $U_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}(r,\theta )\sim -k_d\frac{p_1{p}_2(1-3{\cos }^2\theta )}{r^3},$ 其中 $\theta$ 为两偶极方向夹角。该项引发取向选择、进动与锁相。

四、稳定性与锁相（定性图景）

• **自转维持体貌与场形态**：自转提供取向惯性，使等效偶极场在外场扰动下保持“定向稳定”。
• **公转调制能量交换**：轨道相位改变 ${\overrightarrow{E}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}},{\overrightarrow{B}}_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}}$ 的方向与强度，从而周期性调制 $U_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}$。
• **卫星的“微调器”作用**：卫星引入额外偶极耦合通道，改善系统的相位锁定与轨道稳定域（例：地—月）。

五、简化演化方程（原型）

在慢变近似下，进动率可写为 $\dot{\psi }\approx \frac{{\tau }_{\parallel }}{S}\text{与}\dot{\varpi }\approx f(p,E_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}},B_{\mathrm{e}\mathrm{f}\mathrm{f}},a,e),$ 其中 ${\tau }_{\parallel }$ 为沿进动轴的有效力矩分量，$\dot{\varpi }$ 为近日点进动率。具体形式依赖体系几何与层次结构（待精化建模）。

六、典型系统示例

6.1 地—月系统

• 合成场近似稳定，随绕日公转产生缓变调制；
• 预言：月地距离的缓变项与地磁偶极强度存在长期相关（需长期观测验证）。

6.2 日—水星系统

• 亲日轨道与高旋进导致显著的偶极取向效应；
• 预言：进动残差可由偶极—偶极项的有效平均贡献部分解释。

6.3 金星（无天然大卫星）

• 缺少“微调器”，自转/公转耦合自由度受限；
• 预言：自转异常（缓慢或逆行）与等效偶极耦合路径减少相关。

七、观测判据与可检验性

编号	判据内容	可观测量/数据	期望特征
P1	轨道进动的偶极校正	$\dot{\varpi }$ 残差、长期星历	引入偶极项后残差系统性下降
P2	自转—场强相关	$|\overrightarrow{\mathrm{\Omega }}|$ 与偶极强度时间序列	存在缓变相关与相位锁定区间
P3	卫星“微调”效应	有/无卫星行星的稳定域统计	有卫星样本具有更宽稳定域
P4	极区指纹	极光/磁暴与偶极强度、朝向	相关增强，出现取向选择

八、能量收支与结构能联系

组合与解构过程中的能量关系（示意）： $\mathrm{\Delta }{U}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}+\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{t}}+\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{b}}+\mathrm{\Delta }{U}_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}\approx 0,$ 其中 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 为 结构能，$T_{\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{t}}$ 为自转动能，$T_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{b}}$ 为公转动能。

九、示意图（Graphviz）

十、与其他条目的关系

• 基础理论：电偶极子理论 · 新宇宙观假设 · 新物质体模型
• 关键物理量：结构能 · 万有电磁引力 · 等效电偶极子