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我是小天体,不走寻常路

来源:科技日报    发布日期:2018-01-04

第二看台

岁末年初,一条天文消息引发强烈关注:2018年,“骷髅头小行星”将再次飞掠地球。

这个小天体长得像个骷髅头,曾在两年前的万圣节拜访过地球。2018年,它的拜访时间是11月。

虽然个头比较小,但小天体是太阳系内的庞大家族。而且,除了长相之外,小天体有很多有意思之处。比如,它们在天上到底怎么飞的?

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乖乖在椭圆轨道上画圈圈

在太阳系中,八大行星乖乖地绕着太阳在椭圆轨道上转圈。其根本原因是力的作用。

比如,太阳与地球之间存在相互吸引的万有引力。这个力对太阳没有太大影响,却足以把地球吸到太阳身边。

“地球之所以没有被太阳吸走,是因为它绕着太阳旋转时,形成了离心力,跟自身引力加起来,就与太阳的引力达到平衡。于是地球可以在数亿年间稳定地绕着太阳转。”南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇接受科技日报记者采访时说。

作为质量和体积更加不起眼的小天体,大多数只能和八大行星一样,乖乖在椭圆轨道上绕太阳转。

即将在2018年再次飞掠地球的“骷髅头小行星”,就拥有椭圆轨道。它的轨道以太阳为中心,且与地球轨道存在接近点,所以被称为近地小天体。这种小天体每隔一段时间就会来拜访一下地球,有的甚至存在撞击地球的可能。

中科院国家天文台研究员平劲松介绍,在木星和火星之间,有个小行星带。这里是太阳系内小行星最密集的区域,因此又被称为“主带”。绝大多数主带小行星也在椭圆轨道上绕太阳公转。

在抛物线、双曲线上荡秋千

不是所有的小天体都会在椭圆轨道上走一辈子。

“密密麻麻的主带小行星们,一旦发生碰撞,就无法继续维持原来的椭圆轨道。”平劲松说。如果有些小行星在运行中离大行星太近,还会受到强烈的引力摄动。在这种情况下,它们很可能被大行星俘获,成为它们的卫星,也有可能被甩到以太阳为中心的抛物线或双曲线轨道上,最后飞出太阳系。

周礼勇告诉记者,理论上彗星的轨道是极其扁长的椭圆。但彗星也可能受到大行星的引力摄动,从而变成双曲线或抛物线轨道。这个时候,它们会在太阳系内划个弧线,然后再也不回来了。

有时还会有太阳系外的小天体,飞进太阳系瞧一瞧就撤了。它们的路径也是以太阳为中心的抛物线或双曲线。

2017年10月份天文学家观测到一个奇怪的小天体,给它起名“奥陌陌”。“奥陌陌”的双曲线轨道与太阳系内小行星和彗星轨道都不一样。天文学家判断,它很可能来自太阳系之外。

在拉格朗日点附近我行我素

真正不走寻常路的,还在后头。

由于质量很小,小天体在太阳和行星的夹缝中生存,很容易受到引力摄动,从而“出轨”。但是,在某些奇特的区域,小天体却可以在夹缝中保持动态平衡。这就是拉格朗日点。

平劲松举例说,地球在绕太阳运动时,会有5个拉格朗日点,分别为L1、L2、L3、L4、L5。这5个点不是固定的,而是随着地球的公转,与地球和太阳之间保持一定构型。同理,在火星与太阳之间,木星与太阳之间也存在拉格朗日点。

其中L4和L5分别处于行星轨道前方60°和后方60°。它们附近存在着一种特殊的小天体——特洛伊小行星。它们“借用”行星轨道,但不会与行星相撞,其轨道是一头大、一头小的蝌蚪形状。

小天体还可以沿着L3、L4、L5拉格朗日点兜圈子,形成马蹄型轨道。2010年,天文学家观测到一颗在地球轨道附近画“马蹄”的小行星(2010 SO16)。它与地球相伴,被称为地球的“伙伴小行星”。

“木星轨道附近的希尔达族小行星,轨道是以太阳为中心的等边三角形。”周礼勇说,不过这种特殊的轨道形状与拉格朗日点无关,而是由于与木星轨道共振造成的。

在“行星际高速公路”上飙车

最疯狂的小天体,在所谓的“行星际高速公路”上放浪形骸。

“行星际高速公路”可以理解为,把太阳系内所有拉格朗日点都动态地连接起来,形成一种奇特的行星际管道。小天体就在这些管道里疯狂飙车。

平劲松介绍,之所以如此,是因为拉格朗日点附近的小天体,虽然可以保持“动态平衡”,但依然非常容易受到干扰。一旦受到其他引力干扰,它们就会离开原处,而趋向于溜到下一个拉格朗日点。

最重要的是,让它们从这个点漂移到下一点所需的外力,可能很小。

“如果这是一个人造探测器,意味着它不需要太多燃料,就可以从这个天体附近,直接抄近道飞到另一个天体附近。”周礼勇告诉记者。

2012年,嫦娥二号卫星就曾利用拉格朗日点,飞到图塔蒂斯小行星附近。但太空探测器毕竟由人类操控,处在“行星际高速公路”上的小天体就有点听天由命了。它们会在数以百万年计的时间里,在这条复杂的高速公路网里游荡。

而且,其他小天体一旦飘进“行星际高速公路”,也会一起加入疯狂飙车的队伍。这一飙,很可能就是几百万年。直到又有“恰到好处”的引力干扰,带它驶出高速公路,继续下一段太空旅行。

 

作者:刘园园编辑:林观夏
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