我在網上閱讀有關矮行星的文章,偶然發現了行星的以下定義:
國際天文學聯合會將行星定義為圍繞太陽公轉,具有足夠的重力將其質量拉成圓形(靜水平衡),並清除了其他較小物體的軌道。
文章在最後一行強調了很多,但考慮到重力是一種吸引力,大行星如何將較小的物體從其軌道上推開,否則它們將相交
我閱讀的文章是: https://www.space.com/amp/15216-dwarf-planets-facts-solar-system-sdcmp.html
我在網上閱讀有關矮行星的文章,偶然發現了行星的以下定義:
國際天文學聯合會將行星定義為圍繞太陽公轉,具有足夠的重力將其質量拉成圓形(靜水平衡),並清除了其他較小物體的軌道。
文章在最後一行強調了很多,但考慮到重力是一種吸引力,大行星如何將較小的物體從其軌道上推開,否則它們將相交
我閱讀的文章是: https://www.space.com/amp/15216-dwarf-planets-facts-solar-system-sdcmp.html
我覺得有必要糾正其他答案中提到的一些問題。
是的,重力是一種僅具有吸引力的力量。
但由於其相對較弱,所以太空中的物體在有機會與任何單個目標相撞之前,可以達到很高的速度。在物理學中,我們會說過多餘的角動量,很難在空間中消除它,但在這裡我會盡量避免使用該術語。
“大速度”的含義可以通過比較矢量速度來表達物體 $ \ vec v $ span>的值,以及該潛在目標的標量逃逸速度 $ v _ {\ rm esc} $ span>。
如果 $ | \ vec v | >v _ {\ rm esc} $ span>,並且軌道相交,那麼人們可以認為我們的身體只經歷了一次由於目標的引力,其初始路徑略有偏離,並且碰撞概率由目標的幾何橫截面確定,即使對於恆星,該幾何橫截面也始終很小。實際上,這是太陽系中的正常情況,而不是其他錯誤的答案。
如果 $ | \ vec v | \ approx v _ {\ rm esc} $ span>,而這些物體幾乎是同軌道的,那麼就很難與軌道相交,並且物體最終將主要圍繞目標圍繞在馬蹄形軌道上或被彈出,另請參見 Murray & Dermott精彩的“太陽能係統動力學”中對該案例進行了詳盡的討論。
如果 $ | \ vec v | <v _ {\ rm esc} $ span>,並且軌道相交,則通常的結果是捕獲了物體在圍繞目標的偏心軌道上作為衛星。同樣,碰撞是極不可能發生的,因為空間的速度範圍非常大。為了精確地擊中目標物體而不使其丟失,必須將速度微調到很小的值範圍。
綜合所有這些,我們可以說
軌道的相交並不意味著碰撞。在絕大多數情況下,清除軌道的工作都是通過擺動而不是通過在清除行星上的積聚來完成的。通過小行星和彗星大量繁殖,因此得以生長。這張圖片似乎是正確的(例如, Raymond等人(2006), Alibert等人(2018)),但需要注意的是:效率極低,大多數小行星/彗星都會錯過年輕的原行星。這就是使具有大型撞擊器的行星難以形成的原因,並且在現代,為了構建陸地,考慮使用替代方法以更小固體的氣體輔助阻力(例如 Morbidelli等人(2015))。太陽系中的行星。
有兩種方法可以使大質量的軌道物體(例如行星)從其軌道附近清除較小的物體。一種顯然是與之碰撞。另一種更常見的方式稱為引力彈弓效果。*
這是許多太空探測器用來獲得(或失去)額外速度從而進一步發展的技巧。
基本上,當較小的物體通過接近行星時,行星的引力將引起該較小物體的路徑。
**從行星的參考系看,小物體將遵循(近似)雙曲線飛越軌跡,以相同的速度(相對於行星)到達和離開
但是,該行星也在太陽周圍的軌道中運動,因此相對於太陽運動。如果小物體在相遇後離開行星附近的新方向恰好指向與行星在其軌道上運動的方向相同,則該物體最終將以與行星相同的方向運動,但速度更快,因此會更快
(相反,如果物體沿與行星相對於太陽的軌道運動的方向相反的方向離開行星的附近,然後相反的速度將(部分)抵消,物體最終將失去速度,從而向內向太陽下落-如果設法失去足夠的速度,甚至可能進入。)
為直觀地說明這一點-一幅通常值一千個單詞的圖片-以下是 Kerbal Space Program的一些屏幕截圖。 (因為為什麼不那麼高興?與現實生活相比,KSP的軌道力學模型略有簡化-它基本上遵循修補圓錐近似法-a,但是對於建模引力彈弓已經足夠了。)
下面的第一個屏幕截圖顯示了一個小行星-在地圖上被神秘地標記為“未知物體”-偶然地(或者更確切地說,通過無恥地使用KSP的作弊菜單)被捕獲到圍繞著Kerbin行星的臨時軌道中, KSP的地球模擬(在地圖的確切中心顯示為深藍色球體)。為什麼為什麼小行星的當前軌道(藍綠色線)只是暫時的***,是因為它非常接近克爾賓兩顆較大的衛星(創造性地命名為“芒”)的軌道導致近距離通過:
當小行星經過Mun(橙色線)時,它最終被拋入了(更多或更短的方向與Mun繞著Kerbin的軌道相同,相對於Kerbin而言,它獲得了一堆額外的速度,並且實際上完全從Kerbin系統中彈出(紫色線)。
(在現實生活中,則小行星獲得的額外動量將由芒的相應動量損失來平衡,從而使其減慢得非常非常小。由於芒比小行星大得多,因此減速幾乎可以忽略不計,以至於KSP甚至都沒有嘗試對其建模。)
同時,這與從Mun的觀點來看是相同的近距離傳遞:
如您所見,在此參考系中,飛越軌跡看起來相當對稱的:小行星向芒(Mun)墜落(但不那麼直接以至於撞向它),隨著它被芒(Mun)的引力拉近而加速,然後在經過最接近的接近點後開始減速(標記為“ periapsis”)。但是最終結果是,這顆小行星以不同的方向離開了Mun的附近,方向的改變足以使其繞著Kerbin進入完全不同的軌道-在這種情況下,最終將其完全帶出了Kerbin的附近。因此,芒再次清除了這種令人討厭的入侵者的軌道。
*)還有第三種方式,行星和較小的物體最終以軌道共振結束,該軌道逐漸將動量從行星傳遞到較小的物體,而沒有他們曾經非常接近彼此。您可以想到這樣的共振,就像一系列非常輕微的引力彈弓一樣,每個彈弓都使較小物體的軌道在同一方向上越來越遠。 sup>
**)顯然,反之亦然,但是,如果較小的物體比行星小得多,那麼它對行星運動的影響就可以忽略不計。 sup>
***)被捕獲的小行星最終進入如此不穩定的軌道實際上是很自然的:因為在KSP和現實生活中,軌道力學都是時間對稱的,所以如果我們及時追踪小行星的軌道,我們d可能會發現與Mun的另一個較早的相遇,從而使它首先被捕獲到其當前的臨時軌道中。在現實生活中,地球偶爾也會捕獲這樣的臨時衛星,但是它們的軌道也基本上是不穩定的,因為相同的引力相互作用也可以使它們被時間對稱地捕獲。 ,最終讓他們再次逃脫。 (當然,在這種情況下,我實際上是懶惰的,只是欺騙了小行星進入該軌道,而不是等待它被“自然”捕獲)。 sup>
地心引力不會消失,只會吸引。在這種情況下,清除的意思是行星體吸引了較小的物體要。最終將產生以下效果之一:
我們可以假設它們會隨機交換動能。即在一般情況下,根據情況,兩個物體均可獲得或失去動能。
但是,對於較小的物體,獲得或失去相同的動能意味著其速度發生較大變化。軌道取決於速度,而不取決於能量(請記住,兩者都在一個物體的引力場中,兩者遠大於兩者)。
結果是,較小物體的軌道將受到相同變化的影響更大,因此它將遠離較大物體的軌道,反之亦然。
相反,它會像這樣拉動入侵者:
共享行星軌道的所有入侵者通常會在遭遇之前平行於行星行進。因此,假設入侵者並非完美地朝著行星的質心前進(無論如何反而會影響到行星),那麼引力的引力將增加動量,其指向的方向與原始軌道的方向相反(此外
。無論入侵者以哪種方式通過行星(或行星通過),它最終都會產生垂直於垂直方向的附加動量。進入行星的軌道,將其拉出該軌道。