天体力学与引力
轨道共振
在恰当的时刻推荡秋千的孩子,小小的推送会累积成大幅的摆动。行星与卫星彼此之间也做着类似的事:当它们的轨道周期落入简单的整数比时,它们的引力拉扯会一次又一次在同一处对齐,微小的推动便累积起来。这种反复的、相互增强的对齐就是轨道共振。
当两个天体完成轨道之比为小整数时——2:1(一个绕两圈对应另一个绕一圈)、3:2、4:3 等等——便发生共振。因为此时最接近的相遇总发生在轨道的同一点,那些微小的引力推动不会平均为零,而是相干地累加。其效果可以是保护性的,温和地把天体赶入稳定的同步,也可以是破坏性的,缓慢把偏心率泵高,直到轨道相交、天体被甩出或相撞。
共振雕塑着行星系统的结构。它们在小行星带中刻出柯克伍德空隙(木星的 3:1 等共振把那里的小行星清空)、在土星环中刻出卡西尼缝;它们把木星的卫星木卫一、木卫二、木卫三锁进 1:2:4 的链中,使木卫一轨道保持偏心、火山不熄;而成串的共振系外行星揭示行星曾在其气体盘中迁移。共振是引力把秩序——有时也把混沌——强加于一群天体的方式。
冥王星与海王星锁定在 2:3 共振中——海王星绕太阳三圈,冥王星绕两圈——所以尽管冥王星的轨道与海王星相交,这共振保证它们永不靠近,冥王星的轨道得以稳定数十亿年。
共振可以保护相交的轨道,方法是确保两个天体绝不会同时身处同一处。
共振并非自动地稳定或失稳——同一比值既能把天体牧入安全的同步,也能稳步驱使它们走向相交的轨道,取决于几何。走向哪一边,正是长期动力学微妙的核心。
又称
另见