是的，两颗行星确实能共享相同的轨道
发布时间：2023-08-10 14:02:22 所属栏目：外闻 来源：转载
导读： 很多人士觉得，两个星球同时运行在同一条轨道上的概念是一个不稳固的模式。然而，我们的太阳系在土星的两颗卫星中就有一个例子，这可能证明这种稳定的情况是可能的。
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很多人士觉得，两个星球同时运行在同一条轨道上的概念是一个不稳固的模式。然而，我们的太阳系在土星的两颗卫星中就有一个例子，这可能证明这种稳定的情况是可能的。 尽管彗星或小行星撞击地球会带来危险，但我们的太阳系实际上是一个非常稳定的地方。只要太阳仍然是一颗正常的主序恒星，我们的所有八颗行星都将稳定地留在其轨道上。事实上，模拟表明，在太阳生命剩余的 5-70 亿年里，我们的八颗行星中的任何一颗被喷射出来的可能性都只有约 1%。但这并不一定适用于所有恒星系统，因为不稳定常常会导致行星喷射。 如果两颗行星在轨道上相互靠近，其中一颗可能会干扰另一颗，导致轨道发生巨大变化。这两颗行星可能会相撞，其中一颗可能会被弹出，或者一颗甚至可能被扔进它们的中心恒星。但还有另一种可能性：这两颗行星可以成功地共享同一个轨道，无限期地保留在围绕其母恒星的轨道上。这似乎有悖常理，但我们的太阳系提供了一个线索，说明这种情况是如何发生的。 虽然目检查显示太阳系中各个行星之间存在很大的差距，但事实并非一定如此。多个行星可以通过多种可能的机制共享相同的轨道，也许在未来，我们会发现一个有行星共轨的太阳系。 根据国际天文学联合会（IAU）的说法，绕轨道运行的天体需要满足三件事才能成为行星： 它需要处于流体静力平衡，或者有足够的重力将其拉成球形。（换句话说，一个完美的球体，加上任何旋转和其他影响使其变形。 它需要绕太阳运行，而不是任何其他天体（例如，它不能绕另一个行星运行）。 它还需要清除其轨道上的任何小行星、原行星或行星竞争对手。 严格来说，最后一个定义排除了两颗行星共享相同轨道的情况，因为如果有两颗行星，则轨道不会被视为“干净”。 原则上，即使是围绕同一恒星运行的两颗气态巨行星，如果它们共享一个轨道，也不会被视为行星。国际天文学联合会的定义在很多方面都是不充分的，即使对于行星和系外行星天文学家来说也是如此。 幸运的是，在考虑共轨行星时，我们不受国际天文学联合会可疑定义的约束。相反，我们可以选择担心是否有可能有两颗类地行星围绕其恒星共享相同的轨道。当然，最大的担忧是引力。 引力能够以我们之前想象的两种方式之一破坏双轨道： 引力相互作用可以非常用力地“踢”其中一颗行星，要么将其送入太阳，要么送出太阳系， 或者两颗行星的相互引力会导致它们合并，从而导致壮观的碰撞。 在我们对原行星盘太阳系形成进行建模的模拟中，这两种效应都非常频繁地出现。 联内斯蒂亚将由来自地球和撞击物的汽化物质的混合物组成，通过小卫星的合并在其内部形成一个大卫星。这是一种一般情况，能够创造一个具有我们观察到的物理和化学特性的单一大卫星。更普遍的理解是小行星大撞击假说，它涉及三分之一的地球与大部分的假设的共轨原行星以外的世界：忒伊亚之间的碰撞。 事实上，后一种情况可能在太阳系只有几千万年的时候就发生在地球上！大约45 亿年前肯定发生过一次碰撞，导致了现代地月系统的形成。此外，它很可能在我们的星球上引发了一次重大的表面重生事件；即使我们在地球上发现的最古老的岩石也不像我们发现的最古老的陨石那么古老，这些陨石可能来自我们发现的原始小行星带。 然而，两颗行星并不能很好地占据相同的轨道，因为在这些情况下不存在真正的稳定性。你能做的最好的事情就是希望有一个准稳定的轨道。在这种情况下，准稳定意味着从技术上讲，在无限长的时间尺度上，一切都是不稳定的，这些行星将玩一场雷霆穹顶游戏：最多一个会留下来。 地球-太阳系统有效潜力的等值线图。物体可以处于围绕地球的稳定的类似月球的轨道，也可以处于领先或落后（或两者交替）地球的准稳定轨道。L1、L2 和 L3 点是不稳定平衡点，但围绕 L4 或 L5 点轨道上的物体可以无限期地长时间保持稳定。 然而，您可以获得在这两个“坏”事件之一发生之前能够维持数十亿年的配置。要了解具体原理，您需要查看上图，特别是五个标记（绿色）的点：拉格朗日点。 如果只考虑两个质量——太阳和一颗行星——则有五个特定点，太阳和行星的引力效应相互抵消，并且所有三个物体永远在稳定的轨道上运动。不幸的是，这些拉格朗日点中只有两个，L4 和 L5，是稳定的；任何从其他三个行星（L1、L2 或 L3）开始的物体都会不稳定地移走，最终要么与主行星相撞，要么被弹出。 一年中克鲁斯尼和地球的轨道。Cruithne 的位置由红色框表示，因为它太小，在这个距离上看不到。地球是沿着蓝色圆圈移动的白点。中心的黄色圆圈是我们的太阳。尽管 3753 Cruithne 并不完全稳定，但它已经在围绕地球拉格朗日点之一（从我们的角度来看）的明显轨道上保持了数百年，并且还将持续数百年。 但 L4 和 L5 是小行星聚集的点。气态巨行星都有数千个，但即使是地球也有一个：小行星3753 Cruithne，目前与我们的世界处于准稳定轨道！ 尽管这颗小行星在十亿年的时间尺度上并不稳定，但两颗行星绝对有可能像这样共享一个轨道。也有可能存在一颗双行星，它很像地球/月球系统（或冥王星/卡戎系统），只是没有明确的“赢家”谁是行星，谁是月球。如果您有一个系统，其中两个行星的质量/大小相当，并且仅相距很短的距离，那么您可能会拥有所谓的双星或双行星系统。最近的研究表明这是完全可能的。 这张带注释的 ALMA 系统 PDS 70 视图图像展示了中心恒星、两颗已知行星、外层原行星盘，以及可能与内层行星 PDS 70b 共轨的伴星。 但还有另一种方法可以做到这一点，这是你可能认为不稳定的东西：你可以在两个独立的轨道上拥有两颗质量相当的行星，一个在另一个的内部，当内部世界超越时，轨道会定期交换外部世界。你可能认为这很疯狂，但我们的太阳系有一个发生这种情况的例子：土星的两颗卫星，埃庇米修斯和雅努斯。 每四年，内部的卫星（靠近土星）就会超过外部的卫星，它们相互的引力导致内部的卫星向外移动，而外部的卫星向内移动，然后它们交换。 雅努斯和埃庇米修斯如何交换轨道的物理原理可以通过两个低质量天体围绕一个质量大得多的天体运行的简单引力动力学来解释。相互引力相互作用可以像这样以准稳定的方式存在，创造出稳定数十亿年或更长时间的轨道。 在过去的三十年里，我们观察到这两颗卫星经常跳舞，其结构在八年的时间里不断重复，没有明显的变化。据我们所知，这种配置不仅在人类时间尺度上是稳定的，而且在我们太阳系的整个生命周期中也应该是稳定的。 行星动力学中共振以多种不同的方式出现，包括海王星影响柯伊伯带天体分布的方式、木星的卫星木卫一、木卫二和木卫三遵循简单的 1:2:4 轨道模式的方式，以及水星的自转方式速度和轨道运动服从 3:2 共振。 雅努斯和埃庇米修斯是土星的两颗卫星，它们通过轨道交换共享相同的轨道。由于它们之间的质量差异，杰纳斯的轨道在其半长轴上的变化大约是埃庇米修斯轨道的三倍。这两颗卫星每四年交换一次位置，但似乎从未发生过碰撞。 毫不奇怪，行星轨道也可能服从轨道交换共振，雅努斯和埃庇米修斯提供了一个引人注目的例子。你可能会反对，这些是围绕行星的卫星，而不是围绕恒星的行星，但重力是重力，质量是质量，轨道是轨道。确切的幅度是唯一的区别，而动力学可能极其相似。 考虑到我们现在知道 M 级红矮星周围存在大量的系外行星系统，并且它们看起来类似于木星或土星系统，换句话说，完全可以想象我们会有一个行星系统在我们银河系的某个地方，有两个行星（而不是卫星）正是这样做的！ TRAPPIST-1 系统与太阳系内行星和木星卫星的比较。尽管如何对这些物体进行分类似乎是任意的，但所有这些物体的形成和进化历史以及它们今天所具有的物理特性之间存在明确的联系。红矮星周围的太阳系似乎只是按比例放大的木星或土星的类似物。 不幸的消息是，至少目前来说，在其他恒星周围发现的数千颗行星中，我们还没有任何双行星候选者。开普勒任务初期曾宣布过一颗候选行星，但后来被撤回，因为其中一颗共轨候选行星被发现其周期实际上是主行星的两倍。但缺乏证据并不等于不存在的证据。这些共轨行星可能很少见，但有了更多更好的数据，我们完全期望找到它们。”他说。“我们希望能够发现一些特殊的天体，比如一颗恒星的轨道，或者一颗超新星爆炸的残留物。” （编辑：厦门站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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