木星變軌使地球更宜居？天體互動真奇妙

在最新的研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，木星的軌道如果發(fā)生改變，地球有可能會比現(xiàn)在更宜居。原來，科研人員基于已知的太陽系數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了太陽系模型，發(fā)現(xiàn)如果木星的位置保持不變，但軌道變得更加趨向偏心，地球的軌道也會相應地發(fā)生變化，即一部分區(qū)域有時會離太陽更近，目前處于冰點以下的地球區(qū)域?qū)兊酶訙嘏⒁司印?/p>

其實，宇宙中，在萬有引力驅(qū)動下，天體之間時刻都發(fā)生著各種各樣的互動，時而互相排斥，時而互相吸引，有時甚至“親密接觸”。讓我們看一看那些令人驚嘆或捧腹的典型事例吧。

你我共盼哈雷彗星

1705年，牛津大學教授埃德蒙·哈雷出版了《彗星文學概論》，記錄了從1337年到1698年間觀測到的24顆彗星的拋物線軌道。他發(fā)現(xiàn)，有3顆彗星分別出現(xiàn)在1531年、1607年和1682年，軌道看起來如出一轍。雖然它們經(jīng)過近日點的時刻，在周期中相差近1年，但可以解釋為木星或土星的引力攝動造成的。于是一個念頭在他的腦海中迅速閃過：這3顆彗星可能是同一顆彗星的3次回歸！

但哈雷暫時沒立即下此結(jié)論，而是不厭其煩地搜索更早的記載。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記錄。

要知道，在哈雷生活的時代，還沒人意識到如今的天文學常識——由于引力作用，彗星會被太陽“吸引”，做著周期性軌道運動。自從哈雷產(chǎn)生了那個大膽的念頭后，便懷著極大的興趣，全身心地投入到對彗星的觀測和研究中。經(jīng)過大量觀測、研究和計算后，他大膽地預言：“1682年出現(xiàn)的那顆彗星，1758年底或1759年初將再次回歸?！?/p>

哈雷得出這個預言時，已經(jīng)年近50歲。他意識到自己很可能無法親眼見證這顆彗星再次回歸，于是他以一種幽默又略帶點遺憾的口吻說：“如果彗星根據(jù)我的預言，確實在1758年回來了，公平的后人大概不會拒絕承認這是由一位英國人首先發(fā)現(xiàn)的?！?/p>

在他去世16年后，也就是1758年，這顆彗星如期回歸，震驚了科學界和公眾，曾經(jīng)的質(zhì)疑瞬間銷聲匿跡。作為首顆被成功預言回歸的彗星，如今它被稱作哈雷彗星。

哈雷彗星上一次被人類“近距離”觀測到是1985~1986年，軌道周期約為76.1年，你我下一次有幸看到哈雷彗星通過近日點，就要等到2061年了。

哈雷彗星

當然，隨著航天技術(shù)蓬勃發(fā)展，也許不用等到那個時候，人類就可以駕駛著飛船去主動“拜訪”哈雷彗星，體驗天體引力的奧妙。

奇特的“三體”運動

前些年，美國天文學家發(fā)現(xiàn)了神奇的“三體”恒星系統(tǒng)，它包含1顆擁有超高密度的脈沖星及2顆白矮星。

天文學家杰森·博伊爾在2012年利用格林班克望遠鏡開展大范圍巡天觀測的過程中，最先發(fā)現(xiàn)了一顆不尋常的脈沖星。當他對這顆脈沖星的自轉(zhuǎn)速度進行精密測定時，確定它擁有復雜的軌道。在這種情況下，只能用“還有2顆白矮星存在”來解釋，也就是說，他發(fā)現(xiàn)了“三體”系統(tǒng)。

著名科幻小說《三體》描述過復雜的星系構(gòu)成：當星系中只有1顆恒星時，行星會在引力作用下圍繞著恒星做有規(guī)律的軌道運動；如果加入1顆恒星，就會形成穩(wěn)定的雙星系統(tǒng)，同樣會形成穩(wěn)定的天體運行軌道；但假如星系中存在3顆甚至更多恒星，它們之間復雜的引力會產(chǎn)生合力作用，使得恒星時而被吸引，時而被排斥，從而呈現(xiàn)出復雜的軌道運動，行星也會“無所適從”，面臨災難。

以當前人類的天文學和數(shù)學水平，對于“三體”問題還不能嚴格求解，因此在研究復雜的天體運動時需根據(jù)實際情況，采用各種近似的解法。一般來說，研究“三體”問題大致可以采用分析法、定性法和數(shù)值法，三者各有利弊。而要想解決根本問題，對新積分的探索以及對各類方法的改進一直是研究“三體”問題的重要課題。

當然，這些研究依賴于基礎科學進步，注定比較漫長，讓我們爭取搶在“三體”艦隊啟程尋找新家園之前解決難題吧。

當心！天地大沖撞

1998年上映的科幻電影《天地大沖撞》講述了人類抵御天外威脅的勵志故事。某顆不知名的天體逼近地球，科學家經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，它重約500兆噸，截面積相當于紐約市大小，正受太陽引力“束縛”而圍繞太陽運行。但根據(jù)它的軌道測算，大約一年后它就會與地球相撞，威力足以毀滅人類。為了自救，人類發(fā)射了特殊飛船，試圖登陸那顆天體，借助特殊的鉆探設備，打通前往核心的隧道，再放入核裝置引爆，使其解體成若干小塊，幫人類逃過一劫。

其實，天體碰撞在宇宙中十分常見。根據(jù)萬有引力定律，質(zhì)量較大的天體引力會對質(zhì)量較小的天體的運行軌跡產(chǎn)生影響，使其軌道更加靠近自己，甚至直接“捕獲”，從而增加自己的衛(wèi)星。

不過，大天體可能“樂極生悲”。尤其是大天體表面如果覆蓋著厚厚的大氣層，小天體每次經(jīng)過時都會遭受摩擦阻力，還會損失動能，導致軌道高度進一步降低。久而久之，小天體就很可能與大天體發(fā)生碰撞。

有大氣層保護畢竟是好事，月球缺少大氣層，在漫長的演化歷史中，月面早已被太空中的各種“過客”砸得千瘡百孔。地球還算幸運，由于覆蓋著1000公里以上高度的大氣層，絕多數(shù)沖向地球的“天外來客”會在落地前就燒蝕殆盡。即便如此，據(jù)不完全統(tǒng)計，地球上的大隕石坑仍然達到了190個之多。

有許多學者認為，正是小行星撞擊引起的連鎖反應，造成了白堊紀-古近紀滅絕事件，使得稱霸地球超過1.5億年恐龍下場凄慘。甚至有觀點提出，地球、月球的形成都是數(shù)十億年前天體劇烈碰撞、合并、分裂的結(jié)果。

值得慶幸的是，在現(xiàn)實中，人類正在為抵御小行星威脅而努力。今年4月24日中國航天日，中方宣布將著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，為保護地球和人類安全貢獻中國力量。

而在9月26日，距離地球約1100萬公里之外，類似自動售貨機大小的美國DART航天器將以6公里/秒的速度撞擊直徑160米的小行星，嘗試改變其運行軌道。這場即將到來的“暴力”行動也將是人類有史以來首次對行星防御任務進行“實地”測試。

美國DART航天器撞擊小行星示意圖

總之，天體間的相互作用復雜而微妙，一方面為科學家研究天體力學和天文現(xiàn)象積累了寶貴資料，促進了基礎技術(shù)進步，另一方面也會讓我們更加珍惜所處的蔚藍色星球。（作者：閆嘉偉）