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用数学探索天文:国际知名数学家夏志宏教授做客南方论坛 探讨“外来行星飞越太阳系”

时间:2025-06-13

    6月11日,广州南方学院南方论坛第138期在学校教研楼报告厅成功举办。国际知名数学家、天文学家,大湾区大学讲座教授、美国西北大学数学系潘克讲席教授夏志宏受邀担任主讲嘉宾,作题为《外来行星飞越太阳系》的讲座。广州南方学院校长汤涛院士、学校党委书记李建超等校领导,各教学单位、行政单位主要负责人、教师和学生等400余人参加讲座。讲座由校长顾问、博雅学院院长张明远教授主持。

讲座开场,汤涛校长在致辞中对夏志宏教授的到来表示热烈欢迎。他着重介绍夏志宏教授曾解决百年数学难题“庞勒维猜想”,并在天体运动的混沌性、遍历理论中关于拓扑熵的一系列问题上都取得了重要成果。他表示,夏志宏凭借其丰富的专业知识和研究经验,分享外来行星飞越太阳系及对太阳系内天体的影响,希望能为在座师生打开新的学术视野并带来宝贵启发。

夏志宏教授首先对广州南方学院的诚挚邀请表达衷心的感谢。随后,他向在场师生分享最新研究成果——其带领的研究团队通过精密数学模型与大规模计算模拟,发现了一颗闯入太阳系的外来行星。夏志宏谈到:“这颗外来行星的质量介于土星与木星之间,约为地球的95~318倍,它在大概3亿年前突然造访太阳系,短暂游荡后又离开。”

谈及研究契机,夏志宏表示,团队最初聚焦于木星特洛伊小行星群(Trojan asteroids)的异常分布。早在1989年,著名的美国天文学家舒梅克(Shoemaker)夫妇(Shoemaker-Levy9彗星的共同发现者)注意到,木星L4平衡点附近的小行星比L5附近多。理论上,这些小行星应呈现对称状态,实际观测却显示L4点的小行星数量比L5点多出65%。他表示,这在天文学领域被称为“特洛伊之谜”。而这种不对称现象难以用现有的太阳系演化模型解释,成为一个亟待解决的天文谜题。

为破解谜团,夏志宏团队大胆提出“流浪行星”假说,认为有一颗来自星际空间的流浪行星曾闯入我们的太阳系。通过精密的数学模型计算,研究表明如果这颗行星使木星十年间向外迅速移动0.12个天文单位(约1800万千米),就会精确产生观测到的65%不对称性。根据计算,这颗神秘的的外来行星体积庞大,质量应介于土星和木星之间,足以对太阳系天体产生显著影响。

为进一步验证假设,夏志宏研究团队以“希尔达小行星群的异常”和“中国组小行星群之谜”等为切入点,以寻求强有力的佐证。

据介绍,希尔达小行星群由约3700颗小行星组成,与木星呈2:3共振轨道。然而,这一行星群存在一个“荒漠区”——理论上最稳定、最易聚集小行星的区域内,却未观测到任何小行星的存在。夏志宏指出,该异常现象成为验证假说的关键。于是,研究团队运用计算机模拟推演发现,如果有一颗巨大的流浪行星穿越太阳系,其强大引力扰动恰好能造成希尔达小行星群的异常分布情况。

夏志宏指出,1928年,张宇哲博士在芝加哥大学期间发现的一颗名为“中华"的小行星,现今已发现约1400颗轨道相似的小行星,统称为“中国组小行星”,它们与木星形成2:1共振关系。理论上,该小行星应有一个明显的“尾巴”状延伸结构,然而实际观测却未发现。夏教授团队提出的“流浪行星”引力作用能导致这一“尾巴”消失,使理论预测与实际观测一致,成为支持流浪行星假说的又一有力证据。

随后,夏志宏指出,该项最新研究已经在2025年1月发表在《Icarus》期刊上。他表示,未来将深入结合计算数学和算法大模型展开进一步的科学研究。

讲座中,夏志宏强调,行星研究具有极为重要的战略意义。他指出,嫦娥2号作为中国探月计划中的第二颗绕月人造卫星,于2011年8月2日成功抵达拉格朗日L2点并进入环绕轨道,对L2点附近的空间环境、太阳风等进行了详细探测,为后续深空探测任务提供了重要参考依据。而天问二号于 2025年5月28日成功发射,预计将于2026年7月抵达Kamo’oalewa 小行星,并对小行星进行环绕综合探测、采样返回,继而对小行星的演化和太阳系的早期历史进行研究。从月球到行星及小行星探测,中国深空探测正在走向更远、更深的新阶段,不断推动人类对太阳系和宇宙的理解和探索。

最后,夏志宏批判性地指出,伟大的科学家牛顿晚年试图证明上帝的存在,他认为日地轨道的不平衡源于“上帝的帮忙”,甚至尝试运用微积分去推演“上帝”推动行星变化的具体时间。夏志宏认为,站在现代科学的视角,牛顿的这一想法缺乏事实依据。他表示,如今通过数学模型与计算推演等研究手段,不仅能帮助我们科学地探究太阳系的演化历程,还能为未来可能出现的外来行星与地球的交互影响提供预警和研究基础。

在互动环节,师生们踊跃提问,与主讲嘉宾就外来行星为什么不是圆的、外来行星是否能长期留在太阳系等问题展开交流探讨。

讲座尾声,汤涛校长向夏志宏教授赠送纪念品—广绣作品《荔枝》。汤涛校长表示,数学学科的建设有助于推动其他学科的发展。近日,广州南方学院成立数学与统计学院,在人工智能、大数据等快速发展的背景下,学校将培养更多人才参与数学相关研究,并掌握人工智能及算法知识,为学科创新与社会发展注入新动力。

“夏教授的研究充分展现了数学模型在天文学领域的强大应用价值。从发现问题到大胆假设,再到严谨求证等科研过程,让我深刻认识到,科学研究需要有敢于突破常规的创新思维以及求真务实的严谨态度,为我今后的专业学习指明了新方向。”2022级新闻学专业李燕菲说道。

此次南方论坛为师生提供了一个深入了解数学及天文学前沿研究的平台。广州南方学院紧紧围绕立德树人根本任务,秉持以学生为中心、以教学为重心的办学理念,通过举办“南方论坛”,将博雅教育深度植入育人全过程,助力学生拓宽视野、增长见识。未来,学校将通过开展更多高质量的主题讲座,引导激励学生成长为具备家国情怀、国际视野、创新精神和实践能力的应用型人才。


来源:新闻公关处 编审:新闻公关处