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36 为什么天体之间的会面如此规律:轨道共振
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太阳系里天体运动的主要规律可以被描述为“小的绕着大的转”
,这个旋转的轨道形状是一个椭圆。
天体运动轨道的形状是它的空间性质,除此之外,轨道和轨道之间的时间性质,有一个非常神奇的特性,叫作“轨道共振”
(orbitresonance)。
轨道共振的现象是,围绕同一中心公转的几个天体的公转周期会形成整数比。
比如,木星的其中三个卫星,它们的公转周期之比值是1∶2∶4,土星的两颗卫星“许佩里翁”
(Hyperion)和“泰坦”
(Titan)(它们都是古希腊神话里的神话人物),公转周期之比是3∶4,冥王星和海王星的公转周期之比是3∶2。
为什么会存在这样的现象呢?最早研究出“轨道共振现象”
原理的科学家叫拉普拉斯,是一位活跃于18至19世纪的法国数学家。
要解释轨道共振现象,从数学上分析是比较困难的,因为涉及极其复杂的数学计算。
但如果只是定性解释轨道共振现象的存在而不是作定量的描述,并不困难。
这里提供一个宏观论证:首先,无论是太阳系这样相对大的天体系统,还是木星和它的若干卫星构成的较小的天体系统,这些系统都是稳定的周期性系统。
也就是这类系统的运动是会不断重复的。
经过若干时间之后,系统里的所有天体都会回到与之前几乎相同的初始状态,所有天体的位置和速度都与初始状态几乎相同,这之后天体继续运动,又经过相同的时间段,再次回到这个状态,周而复始、不断循环。
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