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轨道共振是宇宙中的普遍现象吗？

轨道,天体,木星轨道共振是宇宙中的普遍现象吗？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

轨道共振是宇宙中的普遍现象吗？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

轨道共振是天体力学中的一种效应与现象，是当在轨道上的天体于周期上有简单（小数值）的整数比时，定期施加的引力影响到对方所产生的。

轨道共振的物理原理在概念上类似于推动儿童荡的秋千，轨道和摆动的秋千之间有着一个自然频率，其它机制和“推”所做的动作周期性的重复施加，产生累积性的影响。轨道共振大大的增加了相互之间引力影响的机构，即它们能够改变或限制对方的轨道。在多数的情况下，这导致“不稳定”的互动，在其中的两者互相交换动能和转移轨道，直到共振不再存在。在某些情况下，一个谐振系统可以稳定和自我纠正，所以这些天体仍维持着共振。例如，木星卫星佳利美德、欧罗巴、和艾奥轨道的1:2:4共振，以及冥王星和海王星之间的2:3共振。土星内侧卫星的不稳定共振造成土星环中间的空隙。1:1的共振（有着相似轨道半径的天体）在特殊的情况下，造成太阳系大天体将共享轨道的小天体弹射出去；这是清除邻居最广泛应用的机制，而此一效果也应用在目前的行星定义中。

回答于 2019-09-11 08:43:50

先了解什么是轨道共振

轨道共振（orbital resonance） 天体运动中出现的各种共振现象的泛称。原是指两天体之间的轨道-轨道共振，即两个天体各自以平太阳（见平太阳日）速度n1和n2绕同一中心天体运行，满足条件n1/n2=p/q（p，q为正整数），即构成两个运行轨道之间的p/q轨道共振。

轨道共振是天体力学中的一种效应与现象，是当在轨道上的天体于周期上有简单（小数值）的整数比时，定期施加的引力影响到对方所产生的。轨道共振的物理原理在概念上类似于推动儿童荡的秋千，轨道和摆动的秋千之间有着一个自然频率，其它机制和“推”所做的动作周期性的重复施加，产生累积性的影响。轨道共振大大的增加了相互之间引力影响的机构，即它们能够改变或限制对方的轨道。在多数的情况下，这导致“不稳定”的互动，在其中的两者互相交换动能和转移轨道，直到共振不再存在。在某些情况下，一个谐振系统可以稳定和自我纠正，所以这些天体仍维持着共振。例如，木星卫星佳利美德、欧罗巴、和埃欧轨道的1:2:4共振，以及冥王星和海王星之间的2:3共振。土星内侧卫星的不稳定共振造成土星环中间的空隙。1:1的共振（有着相似轨道半径的天体）在特殊的情况下，造成太阳系大天体将共享轨道的小天体弹射出去；这是清除邻居最广泛应用的机制，而此一效果也应用在目前的行星定义中。

除了拉普拉斯共振图中指出，共振比率应被解释为在相同的时间间隔内完成轨道数的比例，而不是作为公转周期比（其中将会呈反比关系）。上面2:3的比例意味着在冥王星完成两次完整公转的时间，海王星要完成三次完整的公转。

历史

自17世纪发现牛顿万有引力定律以来，从拉普拉斯开始，就有许多数学家全神贯注太阳系的稳定性。二体问题近似解的稳定轨道忽略其它天体的影响。在太阳系中添加其它天体的相互作用对稳定性造成的影响很小，但是首先不知道在很长的周期中添加会造成何种轨道参数的改变和不同的配置，或是其它一些稳定的影响是否能维持行星轨道的配置。

拉普拉斯是最先找到解释伽利略卫星奇异舞蹈（见下文）答案的人。持平而论，自当时迄今以来，在这个领域的研究是非常活跃的，但是仍有许多待解决的问题（例如，在巨大行星的环，环中的小卫星和微粒的相互作用如何维系环）。




回答于 2019-09-11 08:43:50

在天体力学领域，轨道共振发生在轨道运行物体两点对彼此施加有规律、周期性的引力影响，通常是因为它们的轨道周期是由两个小整数的比值联系起来的。轨道共振极大地增强了物体之间的相互引力影响。在大多数情况下，这会导致易变的相互作用，其中物体交换动量并改变轨道，直到共振不再存在。



在某些情况下，共振系统可以是稳定的和自我校正的，所以物体保持共振。例子是1:2:4共振（木星和木卫三、木卫二），2:3共振（海王星和卫星）与1:1不稳定共振（土星的土星环内部卫星）。





四颗伽利略卫星中的三颗火山活动原因是轨道共振，这意味着它们的轨道周期是彼此的倍数。木卫一在同一时期绕木星旋转四次，木卫二旋转两次，木卫三旋转一次。这种有规律的排列导致引力，导致它们围绕木星的轨道变成椭圆形。这反过来会产生巨大的潮汐力，导致木星表面的岩石在每一天（木星天）或大约每42小时上升和下降100米。因此产生了大量的热量，这足以融化木星的大部分内部。轨道共振在太阳系中很常见，例如，它解释了土卫二上的间歇泉和喷流，以及木星表面下的液态水海洋存在的原因。宇宙中轨道共振也很普遍。