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?、宜居?/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。”
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)