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『天文知识』人造绕地行星的轨道衰变，五大因素，自然行星可逃避此命运吗？( 二 )


『天文知识』人造绕地行星的轨道衰变，五大因素，自然行星可逃避此命运吗？
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图5解：地球重力异常图 。图源：Forbes
不完美的地球重力场
如果地球像水星一样 ， 没有大气层 ， 人造卫星就能完好地待在其轨道上了吗？答案是不能的 ， 即便太阳风不存在也不可能 。这是因为地球 ， 就像其他任何行星一样 ， 不是一个点质量 ， 而是一个有着不规则重力场的不完美球体 。这个不规则的重力场作用在其卫星上 ， 就导致了潮汐力 。卫星在运行到距行星更近的位置时 ， 受到的潮汐力越大 。这也是为什么地球上有潮汐现象的原因 。木卫一就是在潮汐力的作用下被拉扯得四分五裂 ， 同时潮汐力也会使卫星减速并最终脱离原有轨道 ， 然而其所需的时间比大气阻力要长得多 ， 就像之前所说的 ， 木卫一虽然受到来自木星强大的潮汐力 ， 可是它显然不会在几十年内就撞向木星 。总的来说 ， 一颗卫星越接近其行星 ， 潮汐力的作用就会越大 。
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图6解：太阳系众天体图 。图源：Forbes
4 ， 来自太阳系其他天体的万有引力
地球并不是太阳系唯一的天体 ， 人造卫星受到的万有引力也不仅仅来自地球 ， 也可以来自月球 ， 太阳 ， 包括其他的行星 ， 彗星 ， 小行星和其他的天体 。在所有引力的合力长时间作用下 ， 将不仅导致人造卫星的轨道偏移 ， 也同样能减缓其速度 。假设地球只是一个质点----将其压缩成一个不自旋的黑洞 ， 且没有大气层 ， 太阳风也不存在 ， 即便如此 ， 人造卫星还是会慢慢地减速最终被这个黑洞所吞噬 。在这样的假设下 ， 人造卫星在太阳结束生命之前都不会改变其轨道 ， 但这依旧不是一个恒久稳定的系统 ， 它们还是会最终偏离轨道 。
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图7解：太阳周遭的时空曲线 。图源：Forbes
5 ， 相对论
水星相对于地球的近日点进动是每世纪5600弧秒(1.5556度) ， 但牛顿力学考虑了来自其它行星所有的影响 ， 预测的进动只有每世纪5557弧秒 (1.5436度) 。在20世纪初期 ， 爱因斯坦的广义相对论对观测到的进动提供了解释 。这个效应非常小：水星近日点的相对论进动是每世纪42.98弧秒 ， 刚刚好是之前不足的值 。轨道衰变率在弱重力场的作用下微乎其微（如我们在太阳系内观测到一样）：地球需要10的150次方年之后才会旋进太阳 ， 近地卫星的轨道衰变时间比这个还要长数十万倍 。不管怎么说 ， 进动所造成的的影响的确存在 ， 也是广义相对论的必然结果 。其影响在距行星近的卫星比距行星远的卫星上要大的多 。
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图8解：火卫一（颜色增强后） 。图源: Forbes
以上所说的五类衰变同样也适用于自然卫星 。离火星最近的卫星火卫一最终就会因潮汐力而破裂进而旋入火星的大气层中 。尽管火星大气层要比地球大气层小140倍 ， 火星大气层仍然很大且能够扩散到很远 ， 加之火星并没有像地球一样的磁场来阻挡太阳风 ， 导致火卫一可能在数千万年之后就会遭遇被毁灭的命运 。数千万年在人类的角度看的确很长很长 ， 然而在太阳系长达数十亿的年岁看来 ， 不过是沧海一粟 。
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