行星的轨道衰减是怎么回事?地球会不会螺旋掉入太阳呢?为什么?
行星的轨道衰减是怎么回事?地球会不会螺旋掉入太阳呢?为什么?一般来说,我们说的轨道衰减是指卫星的轨道衰减。因为轨道离地球很近,再加上其他因素,卫星的轨道衰减比较明显,特别是低地球轨道的卫星,轨道寿命比较短,往往最后的结果是落入大气层而燃烧。对于行星来说,就不是那么明显了,但严格来说,轨道衰减还是有的。在牛顿的机械系统中,太阳和行星可以被视为一个点,在引力的作用下在一个圆圈内移动。在万有引力系统中,不存在洛伦兹不变性,也就是说,不考虑行星之间的速度差异。因此,在这个系统中,不存在轨道衰减。
然而,事实上,行星的运动并不那么简单,太阳和行星并不是一个点,太阳和行星有多种运动模式,行星的轨道并不封闭。因此,如果我们想准确计算行星的运动,我们需要使用爱因斯坦的广义相对论。这种现象已经被科学家们用高精度的激光器测量天体的距离所验证,轨道的变化与广义相对论的计算结果高度一致,只有0.1%的不确定性。
我们都知道双星轨道衰变的情况,例如当两颗中子星相互旋绕靠近时。那么,为什么它们的良好轨道会发生衰减呢?我们太阳系中的行星的轨道会衰变吗?牛顿和开普勒能解释这个问题吗?相对论是如何解释的呢?今天我们就来谈谈这些问题。
让我们回到牛顿和开普勒的定律上来。太阳系作为一个独立的系统,我们可以把太阳看作是空间中的一个固定点,这样我们就可以追踪太阳系中所有物体的轨道,包括行星、小行星和彗星围绕太阳的轨道。我们的高中物理学都是这样分析问题的,但这只是一个近似值!
第谷死了,400多年前把麻袋里的天文观测数据交给开普勒,开普勒便得到了当时世界上最好、最丰富的天文数据,再加上开普勒这个人数学能力特别强,每一颗行星,所以他不是以太阳为中心的圆轨道,而是以太阳为焦点的椭圆轨道。于是就有了开普勒的三大定律! 半个多世纪后,牛顿发现了椭圆轨道的根本原因:重力定律。