太阳系稳定性问题

太阳系的稳定性是天文学中很多研究的主题。 尽管这些行星在历史上一直是稳定的,并且在短期内也会如此,但它们之间的微弱引力效应可能会以不可预测的方式累积起来。

由于这个原因(除其他外),太阳系在数学混沌理论技术意义上是混沌的,即使是太阳系轨道运动的最精确的长期模型也不会超过几千万。 年。

从人类的角度来看,太阳系是稳定的,而且远不止于此,因为在未来的几十亿年内,任何行星都不太可能相互碰撞或被逐出系统,而且地球的轨道将相对 稳定的。

牛顿万有引力定律(1687 年)以来,数学家和天文学家(如皮埃尔-西蒙拉普拉斯、约瑟夫路易斯拉格朗日、卡尔弗里德里希高斯、亨利庞加莱、安德烈柯尔莫哥洛夫、弗拉基米尔阿诺德和于尔根莫塞尔)一直在寻找证据证明 行星运动的稳定性,这一探索导致了许多数学发展和太阳系稳定性的几个连续证明。

概述和挑战

行星的轨道对长期变化是开放的。 太阳系建模是物理学的 n 体问题的一个例子,除非通过数值模拟,否则该问题通常无法解决。

场景

海王星-冥王星共振

海王星-冥王星系统处于 3:2 轨道共振。 海军水面作战中心 Dahlgren 分部的 C.J. Cohen 和 E.C. Hubbard 于 1965 年发现了这一点。虽然共振本身在短期内会保持稳定,但不可能以任何准确度预测冥王星的位置,因为 位置随着每个李雅普诺夫时间增长一个因子 e,对于冥王星来说,这是未来 10-2000 万年。因此,在数亿年的时间尺度上,冥王星的轨道相位变得无法确定,即使冥王星 的轨道在 10 MYR 时间尺度上似乎非常稳定(Ito 和 Tanikawa 2002,MNRAS)。

太阳系稳定性问题

木星月球共振

木星的卫星 Io 的轨道周期为 1.769 天,几乎是下一颗卫星 Europa(3.551 天)的一半。 它们处于 2:1 轨道共振。 这种特殊的共振具有重要的后果,因为木卫二的引力扰动了艾奥的轨道。 当 Io 靠近木星然后在轨道上远离木星时,它会经历显着的潮汐压力,从而导致活火山。 欧罗巴也与下一颗卫星木卫三处于 2:1 的共振状态。

水星-木星 1:1 近日点进动共振

由于一个小小的天体巧合,水星特别容易受到木星的影响:水星的近日点,即它最接近太阳的点,以一定的速度进动。

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