地球到太陽的軌道半長軸大約是1.5億千米,以這一距離作為一個天文單位,水星、金星、地球、火星、木星和土星到太陽的距離依次是:0.39、0.72、l、1.52、5.2、9.54天文單位。這樣一組數字,是否有什麼規律呢?
1766年,德國的一位中學教師提丟斯發現,這些距離與下面這個簡單的數列有關:
4+0×3,4+1×3,4+2×3,4+4×3,4+8×3,4+16×3,4+32×3
把這個數列除以10,就得到了行星到太陽的距離,見表1。1772年,柏林天文臺臺長波得對這個規律大加宣傳,因此這個規律被稱為「提丟斯—波得定則」。
這個定則如此神秘,激發了天文愛好者們的興趣,而表中第五行2.8個天文單位處的空白是怎麼回事呢?這裡真的是一片空白嗎?於是,無數的望遠鏡對準了這片空間。
1801年,小行星穀神星被發現了,距離太陽2.77個天文單位,剛好與2.8接近。又過了一年,在穀神星附近發現了智神星。接著,又發現了婚神星、灶神星。後來,人們又陸陸續續地在這片區域發現了4000多顆小行星,它們距離太陽2.3~3.3個天文單位。這些小行星呈帶狀分布,所以被天文學家們稱為小行星帶。據估計,小行星帶大約有150萬顆小行星,有人猜測它們可能是某顆大行星爆炸之後的碎片。
天王星、海王星、冥王星被發現以後,它們距離太陽的觀測值是19.2、30.2、39.5天文單位。人們也用提丟斯—波得定則去計算,結果發現計算值是19.6、38.8、77.2。天王星比較準確,但海王星和冥王星偏差非常大,於是,這個定則就被人們認為是巧合,逐漸被人遺忘了。
直到20世紀90年代,人們發現海王星外其實並非只有冥王星,海王星外面還有柯伊伯帶及奧爾特雲區帶。而柯伊伯帶還有很多和冥王星差不多大小的天體,如後來發現的鬩神星甚至比冥王星還要大。冥王星只是柯伊伯帶中的一顆普通行星,於是,冥王星被踢出了九大行星之列。
柯伊伯帶距離太陽30-50個天文單位,奧爾特雲向外可能延伸到距離太陽50 000到100 000 個天文單位(圖片來源:歐洲航天局)
現在,我們來分析一下「提丟斯—波得定則」出現偏差的區域,就是從海王星開始,而海王星加上外面的柯伊伯帶,實際分布區域大概在30-50天文單位,其平均值正好和「提丟斯—波得定則」算出來的38.8基本吻合,見表2。那麼,這個定則究竟是巧合,還是確實存在的規律呢?個人認為,我們有必要重新探究這個神秘的數列與太陽系的關係。