太阳系是否稳定?旅行者一号被木星甩出太阳系引发的思考

王坚博士,芝加哥教授学者协会会长

三体系统是包括三个天体的系统。1890年法国科学家庞加莱发现,三体系统的运动轨道对初始条件非常敏感,任何微小扰动都会迅速增长,造成轨道很大的偏离。就类似蝴蝶效应讲的对初始条件的敏感性:一只在亚马逊雨林中的蝴蝶扇动几下翅膀,就可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。在三体系统,夸张地讲,有可能是有一个人在其中之一的星球上跳一下,结果就引起三个星体轨道的巨大变化。

三体系统是不稳定的,太阳系是多体系统,加上行星还有卫星,就更不稳定了。一点微小的变化,可能会导致行星飞出太阳系,也可能会导致行星撞上太阳。

在我们这个时代,就观察到太阳系的不稳定性的具体实例,体现在美国发射的太空探测器旅行者1号,被木星、土星甩出太阳系。旅行者一号被木星,土星等行星加速到了第三宇宙速度,使得旅行者一号在2012年飞出太阳系。随后旅行者二号在2018年飞出太阳系。

行星的轨道也会受到其他行星的扰动。天王学家就是根据天王星轨道所受到的扰动,精确地计算出未知行星的轨道和位置,从而导致海王星被发现。

2009年,巴黎天文台的两位天文学家对太阳系在50亿年时间里的稳定性的进行了模拟计算。大多数模拟情况是稳定的,行星基本都在原来的轨道上运行。但是1%的模拟情况是不稳定的,水星、金星、地球、火星的轨道发生很大的变化,甚至会相互碰撞,或者被甩出太阳系。总的来讲,太阳系稳定的概率远远大于不稳定的概率。

在长远的时间里,甚至大陆板块都会漂移和碰撞。在人类存在的时间段,太阳系基本上是稳定的,不稳定的概率很低,我们是可以放心的。

引用:

Mercury, Mars, Venus and the Earth: when worlds collide

The question of the stability of the Solar System is one of the oldest problems in physics. In order to answer this question, the team of Paris observatory …

https://www.observatoiredeparis.psl.eu/mercury-mars-venus-and-the?lang=en

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