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奇特的轨道

时间:2019-08-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

奇特的轨道

 

冥王星是大行星中的“侏儒”。然而它却保持着众多的太阳系行星之最,

其中特别值得一提的是轨道的偏心率和倾角。

行星绕太阳公转的轨道都是椭圆。椭圆也有各种各样的,有很接近于圆

的椭圆,也有很扁长的椭圆,一般都用偏心率来表示椭圆的形状。椭圆的偏

心率都比 1 小,越接近 1 的椭圆越扁;偏心率越小,椭圆就越接近圆。圆的

偏心率是 0。九大行星中以冥王星的轨道偏心率最大,达到 0.25。也就是说,

它离太阳最近或最远时,比平均距离各有 25%的变化。

倾角指的是行星轨道平面与黄道面两者互相交错而形成的角度。黄道实

际上就是地球绕太阳公转的轨道,以这个轨道平面,即黄道面为基准的话,

九大行星中的 8 颗行星的轨道平面与黄道面相交的角度——倾角,都不大于

°,唯独冥王星超过了 17°,简直是“鹤立鸡群”。

与冥王星相反,海王星轨道的偏心率只有 0.00785,只及冥王星的三十

几分之一。海王星的公转轨道与正圆相差无几,是个非常稳定的轨道。它与

金星是九大行星中轨道偏心率最小的两颗行星。海王星轨道的倾角也不大,

只有 1.8°。

1989 年 8 月,“旅行者 2 号”飞探海王星时,新发现了 6 颗不大的海王

星卫星,使它的卫星数增加到 8 颗,不过,原先发现的那两颗卫星的特点仍

非常明显,给人深刻印象。海卫一早在海王星被发现的当年,即   184 6 年

就被观测到了。最新测定它的直径只 2720 公里,在已知的 6O 多个卫星中名

列第七。它的使人惊讶的两个特点是:(1)轨道偏心率为 0,即它绕海王星

运行的轨道是正圆形的,这在卫星来说是不多见的;(2)它是逆向运动的,

即绕海王星运行方向与其他多数卫星绕各自行星的运行方向刚好相反,太阳

系卫星中也有那么几颗卫星是逆向运动的,但都是些不大的卫星。

过了整整一个世纪之后,于   1949 年发现的海卫二的最大特点是它轨道

偏心率特别大,达到 0.75,它离海王星平均约 556 万公里,而它的距离变化

范围却是 139~973 万公里。海卫二轨道的偏心率不仅远远超过所有的卫星和

行星,就是与以偏心率大而著称的彗星相比,也毫不逊色。如果你手中有一

张彗星表的话,就能立即看出这一点。大家比较熟悉的哈雷彗星的轨道偏心

率是较大的,为 0.97,1965 年我国紫金山天文台发现的“紫金山 1 号”和“紫

金山 2 号”两颗彗星的轨道偏心率,就分别只有 0.58 和 0.51,而短周期彗

星中轨道偏心率小于 0.7 的俯拾即是。

轨道偏心率和运行方向如此“奇特”的两颗卫星,都处在冥王星的邻居

——海王星的卫星系统内,说明什么呢?

逃离海王星说

考虑到冥王星的直径和质量都不大,而其运行轨道却比较奇特,早在

1934 年,日本学者山本就提出:冥王星是颗很早以前“逃”离了海王星的原


海王星卫星。两年之后,里特顿进一步补充了山本的设想,认为现在的冥王

星和海卫一同为海王星的卫星时,偶然的机会使两者非常靠近,引力相互作

用的结果使海卫一从顺向变为逆向运动,冥王星被“抛”离原来轨道,进入

另一条独立轨道,“自立门户”成为直接绕太阳转的行星。当时,冥王星的

质量被认为比海卫一的大,尽管两卫星接近的机会不多,但设想有合理的一

面,而受到许多人的赞赏。后来,被测得的冥王星质量越来越小,甚至比海

卫一都小,说它能使海卫一的运动转向,就难以说服大家了。

在行星科学研究方面作出重要贡献的美国科学家柯伊伯,原则上同意冥

王星是从海王星系统里“逃”出来的。1956 年,他指出这次“逃”离发生在

海王星及其卫星系统开始形成时的太阳系早期历史阶段。但是,他不同意这

样的观点,即两颗正常运行的卫星会有机会接近到能相互起那么大作用的程

度,也不同意海卫一的逆向运行是这次“事件”的结果。他还表示,除海卫

一之外,太阳系内至少还有 5 颗卫星都是逆向运动,根本不可能会发生那么

多次的“事件”。

1979 年,哈林顿等几位美国天文学家在研究分析了前人的各种假说之

后,提出了新的观点。他们认为:当初,海王星至少有 3 颗较大的卫星,即

海卫一、海卫二和现在的冥王星。一颗行星从海王星的卫星系统中穿过时,

其引力使海卫一改变了原来的运动方向而变为逆向运动,使海卫二的轨道偏

心率发生剧变和极大地增大,并把冥王星“抛”离原来轨道。

那么,怎么样的一个天体能造成如此众多的变化呢?哈林顿等人认为,

它的质量应是地球的 2~5 倍,在离开海王星系统之后,它循着偏心率很大的

轨道绕太阳运动,而目前正处在离太阳比较远的轨道部分。它也就是假设中

的太阳系第十大行星——冥外行星。

是由星子聚合成的吗

另外的假说完全无视冥王星是“逃”出来的观点,主张冥王星是由星子

凝聚而成的。所谓星子,指的是从气体物质逐渐凝聚成的小块固体物质,通

过碰撞、吸积等过程,小星子变成大星子,再聚合成为行星或者卫星。对于

后来才形成的行星和卫星来说,星子好比是它们的胚胎。这种假设认为海卫

一也好,冥王星也好,原来都是这部分太阳系空间中的星子,它们在凝聚和

变大的过程中,被海王星俘获了的那个大星子就是海卫一,走上了独立轨道

的那个大星子就是今天的冥王星。至于海卫一和冥王星的大小、轨道等种种

情况,主要跟它们的原始状态有关,也就是跟它们的起源和演化有关。

我国已故天文学家戴文赛对太阳系天体的起源和演化,提出过不少精辟

的见解,他对冥王星“身世”的看法是这样的:冥王星从来没有担当过海王

星卫星的角色,而是由原始星云盘外部区域中的大星子形成的。在太阳系诸

天体从原始弥漫星云中开始形成时,星云盘中海王星形成区域相对来说是比

较宽的。由于空间范围较大,星子凝聚成行星的过程中,不可能把所有星子

都吸积过来,总会有些残存的星子,甚至是较大的星子,继续在海王星附近

的空间里循着原先的轨道运行着。在海王星形成的晚期,其形成区内的一个

大星子被另一个较大星子碰撞,而将自己的近似圆的轨道变为偏心率很大的

轨道,同时轨道倾角也增大好多,它还获得了绕太阳公转的独立轨道,它就

是我们今天所说的冥王星。

成为冥王星的那个较大星子可能经历了不止一次的碰撞,其中有一次仅

仅是略微碰了一下表面,碰出来的物质被抛到好几万公里远的地方,随后逐


渐聚集成为冥王星的卫星。这样形成的冥王卫星可能还不止一个。

冥王星的起源问题一直牵动着天文学家们的心,是个假说不少而进展不

大的谜,它与整个太阳系起源问题密切相关。冥王星自从 1930 年被发现以

来,我们对它一直知道甚少,1978 年 7 月冥王卫被发现之后,情况有所好转,

我们有理由相信,科学家一定会越来越了解它,彻底弄清楚它的来龙去脉。

但从迄今为止的情况来看,对冥王星的观测、研究还很不够。

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