《中国航天报》是中国唯一一家权威介绍航天高科技产业的报纸。
收藏

木星变轨使地球更宜居?天体互动真奇妙

原创
彗星 木星 脉冲星 三体
中国航天报

在最新的研究中,科研人员发现,木星的轨道如果发生改变,地球有可能会比现在更宜居。原来,科研人员基于已知的太阳系数据,创建了太阳系模型,发现如果木星的位置保持不变,但轨道变得更加趋向偏心,地球的轨道也会相应地发生变化,即一部分区域有时会离太阳更近,目前处于冰点以下的地球区域将会变得更加温暖、宜居。

其实,宇宙中,在万有引力驱动下,天体之间时刻都发生着各种各样的互动,时而互相排斥,时而互相吸引,有时甚至“亲密接触”。让我们看一看那些令人惊叹或捧腹的典型事例吧。

你我共盼哈雷彗星

1705年,牛津大学教授埃德蒙·哈雷出版了《彗星文学概论》,记录了从1337年到1698年间观测到的24颗彗星的抛物线轨道。他发现,有3颗彗星分别出现在1531年、1607年和1682年,轨道看起来如出一辙。虽然它们经过近日点的时刻,在周期中相差近1年,但可以解释为木星或土星的引力摄动造成的。于是一个念头在他的脑海中迅速闪过:这3颗彗星可能是同一颗彗星的3次回归!

但哈雷暂时没立即下此结论,而是不厌其烦地搜索更早的记载。果不其然,1456年、1378年、1301年、1245年……一直到1066年,他都找到了大彗星的记录。

要知道,在哈雷生活的时代,还没人意识到如今的天文学常识——由于引力作用,彗星会被太阳“吸引”,做着周期性轨道运动。自从哈雷产生了那个大胆的念头后,便怀着极大的兴趣,全身心地投入到对彗星的观测和研究中。经过大量观测、研究和计算后,他大胆地预言:“1682年出现的那颗彗星,1758年底或1759年初将再次回归。”

哈雷得出这个预言时,已经年近50岁。他意识到自己很可能无法亲眼见证这颗彗星再次回归,于是他以一种幽默又略带点遗憾的口吻说:“如果彗星根据我的预言,确实在1758年回来了,公平的后人大概不会拒绝承认这是由一位英国人首先发现的。”

在他去世16年后,也就是1758年,这颗彗星如期回归,震惊了科学界和公众,曾经的质疑瞬间销声匿迹。作为首颗被成功预言回归的彗星,如今它被称作哈雷彗星。

哈雷彗星上一次被人类“近距离”观测到是1985~1986年,轨道周期约为76.1年,你我下一次有幸看到哈雷彗星通过近日点,就要等到2061年了。

哈雷彗星

当然,随着航天技术蓬勃发展,也许不用等到那个时候,人类就可以驾驶着飞船去主动“拜访”哈雷彗星,体验天体引力的奥妙。

奇特的“三体”运动

前些年,美国天文学家发现了神奇的“三体”恒星系统,它包含1颗拥有超高密度的脉冲星及2颗白矮星。

天文学家杰森·博伊尔在2012年利用格林班克望远镜开展大范围巡天观测的过程中,最先发现了一颗不寻常的脉冲星。当他对这颗脉冲星的自转速度进行精密测定时,确定它拥有复杂的轨道。在这种情况下,只能用“还有2颗白矮星存在”来解释,也就是说,他发现了“三体”系统。

著名科幻小说《三体》描述过复杂的星系构成:当星系中只有1颗恒星时,行星会在引力作用下围绕着恒星做有规律的轨道运动;如果加入1颗恒星,就会形成稳定的双星系统,同样会形成稳定的天体运行轨道;但假如星系中存在3颗甚至更多恒星,它们之间复杂的引力会产生合力作用,使得恒星时而被吸引,时而被排斥,从而呈现出复杂的轨道运动,行星也会“无所适从”,面临灾难。

以当前人类的天文学和数学水平,对于“三体”问题还不能严格求解,因此在研究复杂的天体运动时需根据实际情况,采用各种近似的解法。一般来说,研究“三体”问题大致可以采用分析法、定性法和数值法,三者各有利弊。而要想解决根本问题,对新积分的探索以及对各类方法的改进一直是研究“三体”问题的重要课题。

当然,这些研究依赖于基础科学进步,注定比较漫长,让我们争取抢在“三体”舰队启程寻找新家园之前解决难题吧。

当心!天地大冲撞

1998年上映的科幻电影《天地大冲撞》讲述了人类抵御天外威胁的励志故事。某颗不知名的天体逼近地球,科学家经计算发现,它重约500兆吨,截面积相当于纽约市大小,正受太阳引力“束缚”而围绕太阳运行。但根据它的轨道测算,大约一年后它就会与地球相撞,威力足以毁灭人类。为了自救,人类发射了特殊飞船,试图登陆那颗天体,借助特殊的钻探设备,打通前往核心的隧道,再放入核装置引爆,使其解体成若干小块,帮人类逃过一劫。

其实,天体碰撞在宇宙中十分常见。根据万有引力定律,质量较大的天体引力会对质量较小的天体的运行轨迹产生影响,使其轨道更加靠近自己,甚至直接“捕获”,从而增加自己的卫星。

不过,大天体可能“乐极生悲”。尤其是大天体表面如果覆盖着厚厚的大气层,小天体每次经过时都会遭受摩擦阻力,还会损失动能,导致轨道高度进一步降低。久而久之,小天体就很可能与大天体发生碰撞。

有大气层保护毕竟是好事,月球缺少大气层,在漫长的演化历史中,月面早已被太空中的各种“过客”砸得千疮百孔。地球还算幸运,由于覆盖着1000公里以上高度的大气层,绝多数冲向地球的“天外来客”会在落地前就烧蚀殆尽。即便如此,据不完全统计,地球上的大陨石坑仍然达到了190个之多。

有许多学者认为,正是小行星撞击引起的连锁反应,造成了白垩纪-古近纪灭绝事件,使得称霸地球超过1.5亿年恐龙下场凄惨。甚至有观点提出,地球、月球的形成都是数十亿年前天体剧烈碰撞、合并、分裂的结果。

值得庆幸的是,在现实中,人类正在为抵御小行星威胁而努力。今年4月24日中国航天日,中方宣布将着手组建近地小行星防御系统,为保护地球和人类安全贡献中国力量。

而在9月26日,距离地球约1100万公里之外,类似自动售货机大小的美国DART航天器将以6公里/秒的速度撞击直径160米的小行星,尝试改变其运行轨道。这场即将到来的“暴力”行动也将是人类有史以来首次对行星防御任务进行“实地”测试。

美国DART航天器撞击小行星示意图

总之,天体间的相互作用复杂而微妙,一方面为科学家研究天体力学和天文现象积累了宝贵资料,促进了基础技术进步,另一方面也会让我们更加珍惜所处的蔚蓝色星球。(作者:闫嘉伟)

评论
无限探索者
少师级
重要的是要了解木星随着时间的推移对地球气候的影响,它的轨道,在过去如何改变了我们,在未来如何再次改变我们。
2022-09-26
科普科普知识的摇篮!
少傅级
在现实中,人类正在为抵御小行星威胁而努力,在科学技术的发展下,在人类聪明的智慧下,一定会取得成功。
2022-09-26
大伟⛹🏻‍♂️
少傅级
宇宙中,在万有引力驱动下,天体之间时刻都发生着各种各样的互动,时而互相排斥,时而互相吸引,复杂而微妙,为科学家研究天体力学和天文现象积累了宝贵资料,促进了基础技术进步。
2022-09-27