为什么卫星没有与海王星相撞这是给小伙伴们的示范

2019-12-17 10:28 来源:和讯科技

随着空间探索技术的发展,越来越多的卫星被发现环绕行星运行。

截至2019年10月7日,土星被发现有82个卫星,使其成为太阳系中卫星数量最多的行星,超过了拥有第一宝座和79个卫星的木星。在八颗行星中,离地球很远的海王星也被发现拥有十颗以上的卫星。有这么多卫星“同一个主人一起工作”,它们会产生什么样的火花?卫星在运行过程中不会碰撞吗?

事实上,在大多数情况下,他们尽量不去“争宠”,而是保持平静。最近,美国国家航空航天局(美国航天局)发现海王星的两个卫星轨道正在上演“回避之舞”

共振:引起天体之间的联系

奈阿德和塔拉萨的轨道半径相差只有1850公里。如果两颗卫星的轨道在同一个平面上,理论上,两颗卫星将在某个时间以如此近的距离“经过”。但事实并非如此。

由美国宇航局喷气推进实验室太阳系动力学专家玛丽娜·布罗佐维克(Marina brozovic)领导的研究小组发现,三号海卫一和四号海卫一之间的最短距离约为3540公里,接近轨道距离的两倍。如果以海威四号的轨道平面作为参考平面,海威三号的轨道是倾斜的,而且倾斜“恰到好处”。想象一下,当海威四号走在自己的轨道上时,海威三号正在逐渐靠近,但当它靠近海威四号时,它逐渐跃出参考平面,远离海威四号。这样,“故意保持距离”的遭遇将每隔一段时间重复一次。研究人员称之为“回避之舞”

研究人员认为,即使以外太阳系的标准来看,海王星两颗卫星的轨道配置也是前所未有的。

”我们称之为重复模式共振。行星、卫星和小行星可以跳出许多不同类型的共振“舞蹈”,但我们以前从未见过。”玛丽娜·布罗佐维奇说。

共振指的是一个物理系统在特定频率下振动的幅度大于其他频率的情况。就像一根绳子挂着一个铁球在同一个平面上摆动一样,如果当铁球到达最高点时你总是用手施加一个正的力,球的摆动幅度就会变得越来越大。然后,摆动的球和施加力的手在共振状态下形成一个物理系统。"长期以来,人们发现这种共振结构在太阳系中也很常见."中国南京大学天文与空间科学学院教授周立勇在接受《科学技术日报》采访时表示,共振会影响天体的轨道参数,像无形的绳子一样将两个或多个共振天体紧密相连,甚至“锁定”轨道。

你知道,太阳系有无数天体,每个天体都意味着万有引力。特别是当我们的研究对象是一颗小尺寸的卫星时,来自外部的轻微干扰可能会影响卫星的轨道。在这种情况下,也许连卫星本身都无法准确预测它下一时刻会出现在哪里,以及它是否会脱离地球的控制。然而,如果卫星与其周围的“小伙伴”产生共鸣,卫星的轨道可以逐渐固定,轨道配置通常会以一定的方式以一定的间隔重复。共振卫星在相遇时也会倾向于保持更长的距离,以减少重力的影响并保持稳定的轨道,就像海王星的两颗卫星这次发现的轨道配置一样。

周立勇说,虽然卫星的轨道通常是圆形或椭圆形,轨道半径不同,通常不会有碰撞的危险,但共振机制无疑为避免碰撞提供了额外的保护机制。

倾斜角:为稀有舞蹈提供平台

这次发现的共振类型属于水平运动共振的倾斜角类型周立勇说。太阳系物体之间有许多类型的共振,包括平面运动共振、长期共振、轨道自旋共振等。根据参与天体的数量,它们也可以分为两体共振和三体共振。”周立勇告诉《科学日报》记者,两个身体共振中最常见和研究最多的是平面运动共振。

当行星和卫星之间的轨道频率或周期相等,或者存在简单的整数比关系时,我们认为在这些天体之间存在平运动共振现象。平面运动共振可细分为偏心共振和倾斜共振。前者谐振天体的轨道平面通常在同一平面内或者两个轨道平面之间的夹角不大,例如海王星和冥王星之间的3: 2谐振,泰坦和泰坦之间的4: 3谐振,泰坦和泰坦之间的2: 1谐振。后一个共振天体位于不同的平面,所以这一次发现了三个和四个之间的73: 69共振。

"倾角共振不仅在太阳系中罕见,如此大的整数比也是不寻常的."在周立勇看来,两颗卫星的频率比比先前发现的共振模型更接近1。理论上,大整数比共振天体的轨道不是很稳定,因为天体落入相邻比例共振构型的概率大大增加。以海王星和冥王星的共振构型为例。轻微的干扰可能会将两颗卫星的共振改变到接近1的值,例如74: 69或73: 70。然而,很难将海王星和冥王星之间的共振从3: 2改变到2: 1或3: 1。

因此,两颗卫星,海威三号和海威四号,靠得如此之近,并且稳定地移动,“这很奇怪,好像它们是故意放进去的。”周立勇说。