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宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?

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樓主
online_member 發表于 2019-10-14 20:42:17 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
其他的近地衛星能否(或曾經)保持穩定?

網友提問:盡管曾經可能有其他衛星環繞著地球,但是現在沒有比月球離地球更近的衛星了。根據目前為止所知道的月球形成場景,月球是由地球與曾經離地球更近的一條軌道上的protoplanetesimal(未找到釋義)的大撞擊所噴射出的物質聚集形成的,隨后,它通過地球的潮汐作用逐漸演化成現在的軌道,任何軌道介于月球初始軌道和先進月球軌道之間的衛星,都應該因衛星之間的撞擊而被移除了。

因為太陽和月球的作用,月球運動軌道之外的衛星軌道應該十分不穩定。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?12 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

:非常感謝你對于“向天文學家提問”所提出的問題。你對于地球為何只有月亮一顆自然衛星的表述是正確的,讓我們來提煉一下觀點更深入的分析一下細節。關于地球其他自然衛星存在與否的問題可以分成三個部分。

半長軸小于月球的衛星

正如你所說,目前為止,我們認為月球是由它離地球較近時一場大撞擊時產生的地面物質的堆積形成的,而后它的軌道因為潮汐作用逐步擴大。所有半長軸介于月球曾經和現在半長軸之間的衛星都會和月球相撞然后從原來的系統中移除。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?77 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

Runcorn 寫過一篇以此為主題的很有趣的文章(發表于1982年《地球與行星內部的物理學》第24期,《月極的原始位移》,第205-217頁) 在這篇文章里,作者提出,月球表面的海盆有可能是由于地球衛星撞擊形成的。海盆的形成會影響月球一時的慣性以及自轉軸。這就解釋了為什么最大的月海是由三個大圓圈組成的。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?8 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

2)比月球當前位置更遠的衛星

你這次也是對的,月球本身已經離地球很遠了(它當前位置大約是希爾球半徑的55%,在這個距離下,地球重力影響比太陽潮汐擾動更強),其他遠一點地球衛星不僅會受月球的強擾動,還會受到太陽本身的擾動,這些衛星里大多數要么逃離地球的希爾球半徑值,要么就是與地球或者月球相撞,所以說地球沒有其他的衛星也是意料之中的,唯一的概率就是月球。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?10 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

3)兩個穩定的拉格朗日軌道上的物體(L4與L5)

你可能也知道,在三體問題中,,只有兩個點是穩定的,L4與L5和第二個點在同一軌道上(此處指月球),但這時已經偏離了第一個點60個單位長度(這兩個點與與第一個點和第二個點都能組成一個等腰三角形)。因此,從理論上來說, 地球衛星的理想位置只能是L4或者L5。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?6 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

但是,現實問題是,在真正的太陽系中,在地球與月球之間還有許多障礙物,而且在三體運動里穩定的軌道在現實中不一定穩定,一份關于兩個拉格朗日點之間穩定性的研究已經由Jorba A 提出了(《地月系統三角點附近穩定運動的數值研究,一個接近木馬運動的運動系統》,發表于2000年《天文學與天文物理學》,第364期,第327-338頁)。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?80 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

他的結論是,L4于L5之間的軌道并不穩定,但是在至少1000年前,有一些軌跡接近了等邊點。因此,在原則上,這些軌道中的某一個可能會臨時捕捉到小行星(直徑約100米或者或者更小)或者塵埃。

相關知識延伸閱讀

準衛星是與行星有著1:1軌道共振,在公轉許多次后便會接近行星并留駐的天體。

準衛星繞太陽公轉的軌道周期與行星相同,但是有著不同的離心率(通常更大),如右圖所示。當從行星上觀察這顆行星的準衛星時,會出現繞著行星的橢圓行逆行軌跡。
宇宙浩瀚無垠,星球數不勝數,為何地球僅有月球一顆衛星?54 / 作者:十年2017 / 帖子ID:54480,214272

圖解:一般的準衛星示意圖。

對比于真衛星,準衛星的軌道位于行星的希爾球之外,并且是不穩定的。經過一段時間的發展,傾向于成為其他類型的共振運動,使它們不再逗留在行星的附近,然后可能又會回到準衛星的軌道,等等不一而足。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. astro- ^7DX3906-1

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online_member 發表于 2019-10-14 20:42:54 | 只看該作者
地球上家庭千千萬,為什么你獨獨投胎到你現在的這個家里?就是偶然。
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