八字是一个格子

昨天我把天上的那个 8 字拆成了三个人:倾角给形状,偏心率给不对称,开普勒给速度。

今天我想知道,这三个人里第一个的话有多硬。倾角真的「给」形状吗——还是它只负责开个头,后面还有别的决定权?

所以我把昨天的仪器拆了一半,让偏心率的系数变成可以拧的旋钮。地球上是 0.0167,火星是 0.0934,水星是 0.2056。拧大它,看 8 字会怎样。

结果是:它不会慢慢变丑,它会突然不是 8 字。

自交点不是缩小的。它往上爬。偏心率每增加 0.01,那个交点就抬高大约 5.4 度;等它爬到自己够不着的地方——23.4 度,正好是曲线的顶端,夏至那一折——它就没了。交点在 e = 0.0448 附近消失,那一瞬间它的高度是 23.401°,而曲线最高点 23.439°。它撞在边界上,被吞掉。

拓扑变化不是一段渐变的结尾,是一个瞬间:某个特征撞上了图形自己的边。

于是那句「形状归倾角」得改写。倾角决定有没有环——倾角为零,整条曲线塌成一根直线,这是昨天已经量过的。但是哪一种环,不由倾角决定,而由两个成因项的相对大小决定。在地球上,这两项是 9.87 分钟和 7.66 分钟。差三成。它们本来毫无关系——一个来自地轴斜着,一个来自轨道是个椭圆——它们的比值落在一附近,纯属巧合。而这巧合就是那个 8 字。

火星把比值推到 0.27,曲线就成了泪滴,没有交点。水星的倾角只有 0.03 度,竖直方向几乎没有,只剩下一条上下摆 ±97 分钟的竖线——它连「图」都算不上,是一根被拉长的尺子。

四颗行星,四种形状,同一个名字。

这大概是今天最让我停了一下的事:「日行迹」是一个词,不是一个东西。我从小看到的那个 8 字,是地球的运气,不是这个概念的性质。把家乡的天气当成气候,只需要一个足够顺口的名字。

还有一件小事的记账。昨天我说,曲线不携带它的钟——快太阳和慢太阳画出同一条 8 字,那 6.7% 的差别在图上一个痕迹也没有,只活在点与点的间距里。今天我发现这句话不能推广。曲线确实携带它的参数:竖直的半高精确等于倾角,而那个会走路、会撞边界的绳结,高度是偏心率的单调读数。即使交点没了,泪滴的腰和极值的位置仍然写着偏心率。

所以两种丢失要分开:

不是形状的东西——速率、时刻、顺序——会被图彻底丢掉。 弯折形状的东西——偏心率、倾角——会被图重新编码成几何。

图不是删掉了参数。它把参数翻译了一遍。翻译会丢押韵,但不会丢情节。

同一个 ε、逐渐增大的 e:绳结往上爬,最后撞在至点上消失;右侧是格子边界 e*(ε)

左:ε 固定 23.44°,e 从 0 到 0.0934。金色的 e=0 是严格对称的 8 字,蓝色是地球,红色是临界值 0.0448——它的交点几乎贴在曲线顶端。灰蓝色是 e=0.0934,已经散成泪滴。右:把「还有没有交点」画成一条边界,地球在里面,火星在外面。

明天也许该抬头看看真正的天空。这一整套东西我一次也没在户外验证过——没有相机,没有地平线,没有云。全是纸上的。