軌道共振是宇宙中的普遍現象嗎?

太陽系中有兩個經典的軌道共振的例子,一是冥王星與海王星的2:3共振(冥王星公轉3周,海王星恰好公轉兩週),二是木星的木衛三、木衛二與木衛一的1:2:4共振。

兩個天體的公轉軌道週期成整數比,即為軌道共振。三個或三個以上天體的公轉軌道週期比率為簡單整數比的情況,稱為拉普拉斯共振。

軌道共振的意義是避免天體之間引力的干擾使軌道不穩定。

在宇宙中,天體的軌道共振是普遍存在的,這並不是說軌道共振的力量帶來了星系的軌道穩定,而是兩者互為因果。

天體漫長時間的運動逐漸形成穩定的系統,穩定在以週期運行的天體上代表著其在有限的時間內完全重複上一個週期的運動,因此,穩定的天體之間必然有穩定的軌道共振。

拿冥王星和海王星舉例,兩天體的公轉軌道有一個最近點,如果在這個點相遇,會引發強烈的引力潮,導致劇烈的軌道偏轉。但是軌道共振確保兩者永遠不會在該點相遇。


軌道共振是宇宙中的普遍現象嗎?

太陽系行星軌道示意圖


天體系統趨於穩定的規律必然在系統不穩定時擔當撥亂反正的角色。

在距今36億年前,木星和土星發生了一次近距離接觸,直接觸發了撼天動地的引力潮,導致太陽系下了一億年的流星雨,本來在天王星軌道內側的海王星被彈出軌道,跟冥王星成了鄰居。

也正是因為這一次衝擊,帶有豐富水資源的隕石大規模撞擊地球,為生命的誕生創造了優越的條件。

月球上的隕石坑大多也是這個時期形成。有人說月球背面的隕石坑遠遠多於正面,又因為不清楚潮汐鎖定的普遍性,認為月球只有一面朝向地球是來自神秘力量的設計,就妄加猜測外星人就存在於月球背面。

其實,月球背面和背面隕石坑相差不多,只不過正面的月殼比較薄,被撞擊後,引發玄武岩漿噴出月殼填充了隕石坑形成“月海”。


軌道共振是宇宙中的普遍現象嗎?

在木星附近的小行星帶,有一個柯克伍德空隙,這個空隙的形成與軌道共振有關。

因為該區小行星帶與木星公轉軌道有簡單整數比的共振,所以在木星長時間、週期性的的引力作用下,把這個區域的小行星彈射出了共振軌道,導致出現空隙。

雖然小行星帶是小行星的家園,但是柯克伍德空隙就是木星為它們設置的禁地,小行星不允許出現在這裡。


軌道共振是宇宙中的普遍現象嗎?

太陽系的行星系統雖然已經穩定運行了幾十億年,但是仍然是一個很脆弱的系統,一旦某一行星的軌道發生偏移,勢必會造成太陽系的大災難,地球的生態系統肯定也會萬劫不復。


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