太阳系的奇妙数学,原来天体的公转周期不是随机的

根据开普勒行星三大定律,我们知道了一个物理事实:距离太阳越远的行星,公转周期也越长。

当然了,这个定律在行星系也同样适用。抛开只有一颗卫星的地月系不谈,其他的行星系中,卫星的周期长短也受距离的影响。

在很久以前,人们不知道这个公转周期意味着什么,只是根据星空的观测,知道水星的公转周期是大约88天,木星是12年,土星是29年(当然了,古时候不叫公转周期,而是这些时间后它们会回到星空的同一个位置)……

后来,科学家们在研究之后发现,这里面有着非常深的奥秘。

事实上,在这个太阳系里,不同的天体之间,也会有引力的相互作用。能够影响其他天体运行的不止有太阳,还有其他的行星甚至卫星。不同的天体在漫长的岁月里,通过引力的不断调节,最终达到了一种叫做轨道共振的完美现象。除了轨道共振之外,还有潮汐锁定等各种物理原理,最终导致天体的运行形成了一种完美的比例。

我们最熟悉的,就是月球。月球由于距离地球比较近,所以被地球通过潮汐锁定的原理束缚住,导致它的公转周期和自转周期完美一致,所以只有一面可以朝向地球,人类在地球上永远无法看到月球的另一面。

同样的,在几十亿公里以外的冥王星,和冥卫一也处于潮汐锁定状态,而且更加夸张。由于冥卫一的质量和冥王星也非常接近,导致冥王星也同时被冥卫一潮汐锁定。不仅冥卫一只有一面可以朝向冥王星,冥王星也只有一面可以朝向冥卫一。

同时,冥王星和海王星也达到了一种轨道共振的状态。事实上,除了冥王星以外,冥族小天体都是这样的,它们的公转周期和海王星的公转周期达到了3:2的比例。比如冥王星的公转周期是90581天,海王星是60372天。要知道,其实冥王星和海王星的轨道是有交叉的,若不是轨道共振锁定了二者的公转周期,搞不好冥王星就被海王星吸走了。

同样的,体积最大的木星,也会和其他天体达到轨道共振。

比如小行星带的艾琳达族天体,它们与木星就形成了1:3的轨道共振,同时与地球为4:1的的轨道共振位置。

而在木星系内,轨道共振现象也同样存在。木星最大的四颗卫星中,有三颗就处于轨道共振状态,那就是木卫一,木卫二和木卫三,三者的公转周期是完美的1:2:4的周期,这样也保证了它们的轨道稳定性。

同样的现象也出现在土星系内,而且更“夸张”的是,不仅土星的卫星之间保持着轨道共振,甚至土星的不同环之间也有轨道共振。

当我们看向太阳系的最内侧,类似的数学比例依然存在。距离太阳最近的水星,在太阳引力的作用下,其自转周期和公转周期达到了一个2.01:3 的比例——自转周期曰58.6天,公转周期约88天。

也许,宇宙中的规律本来就是这样:看似是随机的巧合,其实蕴藏着非常复杂的物理法则。每一颗天体都深深地受着物理的约束和指导,才有了今天稳定的宇宙。说得远一点,如果不是其他天体约束住了木星,地球今天恐怕就是地狱。

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