卫星为何不会相撞 海王星的这对小伙伴作了个示范

随着空间探索技术的发展，越来越多的卫星围绕着行星运行。

截至2019年10月7日，土星已被发现有82颗卫星，使其成为太阳系中卫星数量最多的行星，超过了拥有第一个宝座和79颗卫星的木星。在这八颗行星中，离地球很远的海王星也被发现拥有十颗以上的卫星。有这么多卫星“与一位大师合作”，它们会产生什么样的火花？卫星在运行中不会碰撞吗？

事实上，在大多数情况下，他们尽量不去“争取好感”，而是保持平静。最近，美国国家航空航天局(美国航天局)发现海王星的两个卫星轨道正在表演“回避之舞”

共振:让天体陷入困境

NAAID和Thalassa的轨道半径仅相差1850公里。如果NAAID和THALASSA的轨道在同一个平面上，理论上这两颗卫星会在某个时间以如此近的距离“擦肩而过”。但事实并非如此。

由美国宇航局喷气推进实验室太阳系动力学专家玛丽娜·布罗佐维克领导的研究小组发现，海威三号和海威四号之间的最短距离约为3540公里，接近轨道距离的两倍。如果以海威四号的轨道平面为参考平面，海威三号的轨道是倾斜的，倾角“恰到好处”。想象一下，当海威四号在它自己的轨道上时，海威三号正在逐渐接近，但是当它接近海威四号时，它逐渐跳到参考平面之上，远离海威四号。这样，“故意保持距离”的遭遇将每隔一段时间重复一次。研究人员称之为“回避之舞”

研究人员认为，即使按照外太阳系的标准，海王星的两颗卫星的轨道配置也是史无前例的。

“我们称这种重复模式为共振。行星、卫星和小行星可以跳出许多不同类型的共振“舞蹈”，但我们以前从未见过。”玛丽娜·布罗佐维奇说。

共振是指物理系统在特定频率下以比其他频率更大的振幅振动的情况。就像一根绳子挂着一个铁球在同一个平面上摆动一样，如果你总是在铁球到达最高点时用手施加一个正的力，球的摆动幅度就会变得越来越大。然后，摆动球和施加力的手形成共振状态的物理系统。

"长期以来，人们发现这种共振结构在太阳系中也很常见."中国南京大学天文与空间科学学院教授周立勇在接受《科学技术日报》采访时表示，共振可以影响天体的轨道参数，将两个或更多共振的天体紧密连接起来，就像一条无形的绳索，甚至“锁定”轨道。

你知道，太阳系中有无数的天体，每个天体都意味着万有引力。特别是当我们的研究对象是一颗小尺寸的卫星时，外界的轻微干扰可能会影响卫星的轨道。在这种情况下，也许连卫星本身也无法准确预测下一刻它会出现在哪里，以及它是否会脱离地球的控制。然而，如果卫星与其周围的“小伙伴”产生共鸣，卫星的轨道可以逐渐固定，轨道配置通常会以某种方式以一定的间隔重复。共振卫星在相遇时也会保持较长的距离，以减少重力的影响并保持稳定的轨道，就像这次发现的海王星的两颗卫星的轨道结构一样。

周立勇说，尽管卫星的轨道通常是不同轨道半径的圆形或椭圆形，通常没有碰撞的危险，但共振机制无疑为避免碰撞提供了一种额外的保护机制。

倾斜角:为稀有舞蹈提供平台

"这次发现的共振类型属于平运动共振的倾角型."周立勇说。

“太阳系天体之间有许多类型的共振，包括平运动共振、长期共振、轨道自旋共振等。根据参与天体的数量，它们也可以分为两体共振和三体共振。”周立勇告诉《每日科学》记者，最常见和研究的一个是两体共振中的平面运动共振。

当行星和卫星之间的轨道频率或周期相等时，或者存在简单的整数比关系时，我们认为这些天体之间存在平运动共振现象。平面运动共振可细分为偏心共振和倾斜共振。前者共振天体的轨道平面通常在同一平面上，或者两个轨道平面之间的夹角不大，如海王星和冥王星之间的3: 2共振，土卫六和土卫六之间的4: 3共振，土卫六和土卫六之间的2: 1共振。后一个共振天体位于不同的平面，所以这次发现了三个和四个之间的73: 69共振。

"不仅倾角共振在太阳系非常罕见，如此大的整数比也是不寻常的."在周立勇看来，两颗卫星的频率比比先前发现的共振模型更接近1。理论上，具有大整数比的谐振天体的轨道不是非常稳定，因为天体落入相邻比例谐振配置的概率正在增加。以海王星和冥王星的共振构型为例。轻微的扰动可能会将两颗卫星的共振值变为接近1的值，例如74: 69或73: 70。然而，很难将海王星和冥王星之间的共振从3: 2改变为2: 1或3: 1。

因此，两颗卫星，海威3号和海威4号，靠得如此之近，移动如此稳定，“这很奇怪，好像它们是故意放进去的。”周立勇说。