当彗星开始接近太阳或新发现一颗行星绕另一颗恒星运行时,天文学家最重要的问题之一是轨道的偏心率有多大。由于大多数非科学家不知道这意味着什么,因此始终存在一个问题:是在有关这一发现的文章中解释其含义,还是避免使用该词。也许是时候进行更详细的解释了。
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轨道简史
在古典时期和整个中世纪,人们相信行星在完美的球体上绕地球运行。当对它们的轨道进行更详细的观察提出问题时,就进行了调整,认为用较小的球体来修改大的球体。随着对行星运动跟踪的改进,需要许多更小的球体,以至于模型开始类似于旧的模型希斯罗宾逊卡通,或者来自华莱士与格罗米特。
那些研究这个问题的人,无论他们仍然认为行星绕地球运行还是倾向于以太阳为中心的模型,都认识到出了问题,但找不到有效的替代方案。
直到约翰内斯·开普勒提出他的,其中描述的行星绕太阳运行的轨道不是圆形,而是椭圆形。椭圆看起来有点像由柔性材料制成的圆,有人抓住它的相对两侧并拉伸,使其在一个方向上比另一个方向长得多。行星在其轨道上越远的部分移动得越慢。
五年后天文望远镜的发明证实了开普勒的工作。它还提供了我们可以从外部见证的例子,例如木星最大卫星绕其行星的轨道,证实椭圆轨道是普遍存在的,而不仅仅是直接绕太阳运行的物体的属性。
八十三年后,艾萨克·牛顿为为什么物体会放弃圆形(被认为是完美形状的二维表示)而转而采用椭圆形,提供了物理解释。
什么是椭圆?
椭圆定义为围绕两个焦点的曲线。在椭圆上的任何一点,到两者的距离之和都是一个常数。如果两个焦点在一起,就会得到一个圆形,它们相距越远,椭圆就会越长越薄。
开普勒认为太阳位于椭圆的焦点之一,对于小行星来说,这几乎是正确的。但是,您可能已经读过技术上的内容。这意味着不是太阳位于焦点,而是太阳-木星系统的质心(重心)位于焦点。对于任何绕轨道运行的物体来说都是如此,但木星的质量足够大,以至于该系统的重心位于太阳之外,而不是内部。
偏心部分
即使在原始行星中,它们所遵循的椭圆也存在很大差异。金星的轨道非常接近圆形,如果开普勒是他所研究的唯一行星,他可能会让自己相信任何偏差都是测量误差。最接近太阳的点与最远点之间的差距不超过 1%。
另一方面,火星的轨道要长得多。在最远的时候,它离太阳的距离比最近的时候远 16%。这就是为什么有些,当地球经过火星和太阳之间时,比其他人。当我们经过火星最近的地方(近日点)时,两颗行星之间的距离要小得多。幸运的是,开普勒被告知将寻找火星轨道作为他的首要任务。
轨道与圆度的偏差称为其偏心率(e)并用 0 到 1 之间的值进行测量。完美的圆形轨道有e=0。
金星的偏心率是0.007。地球的也很低,为 0.017, 这就是为什么我们的季节主要与轴向倾斜有关,而不是与太阳的距离有关。与此同时,火星上有一个e的 0.0934。
该值的计算方法为 1 的平方根减去行星与恒星最近距离的平方除以该距离最大距离的平方。
在公式中e,乙是从轨道飞行器到轨道飞行器的最短距离,并且一个最伟大的。
图片来源:IFLScience
没有具体的数字,超过该数字就认为轨道是偏心的。相反,所有轨道都有一定程度的偏心。确实有点像人。
真正的偏心轨道
水星拥有所有行星中最偏心的轨道(自冥王星降级以来)0.206,但与大多数彗星、相当多的小行星和一些小行星相比,它接近圆形。
每十万年或百万年访问太阳系内部一次的长周期彗星通常具有高于 0.99 的偏心率。
如果一个物体根本不绕太阳运行,而只是穿过太阳,那么它的轨迹是双曲的,并且它的轨迹是双曲线的。e值大于1。当第一次观测到它后,天文学家们竞相收集数据,以便计算出它的偏心率。大多数初始估计产生的值大于 1,表明星际起源,但这些值存在误差范围。一些天文学家得出这些范围的最低值,得出的结论是真实值可能低于 1,这将使它成为我们奥尔特云中的另一颗彗星。幸运的是,他们错了,“Oumuamua”是一位真正的来自星星的访客。
听到“偏心轨道”这个词,人们很容易想象一个物体在太空中醉醺醺地转向,所以我们很抱歉透露一个更乏味的事实。有些物体的轨道确实会发生一点偏离,例如,当它们经过行星的重力井附近时,或者当释放一些气体时。尽管这些事件很重要,但它们并不是我们所说的轨道高度偏心率的意思。









