太空中的一些星体的运动其实也是受万有引力的影响,比如就引力而言,一般情况下一个比较大的星体,会对其引力范围内的小星星产生吸引的作用,在引力的作用下,小行星就睡围绕着某个体积比其大的行星做运动,较典型的一个例子就是月亮与地球的运动状态,月亮受到地球的万有引力作用,围着地球转。但是在天体运动中,一些小行星的运动并不是的有规律的,他们的运动轨迹是杂乱无章毫无规律可言,这是什么原因呢?
万事万物都有其规律,小行星也不例外。对于小行星来讲,其规律也不复杂,就是万有引力的作用。但是,有时候,虽然规律已知,表现出来的运动状态却“杂乱无章”,很难推测。究竟是规律不完善,还是有其它什么原因?
1、万有引力
关于引力的解释,牛顿认为有质量就有引力,爱因斯坦认为质量引起时空扭曲,量子力学认为有引力子的存在。不关哪一种解释,都认同同一个观点:引力大小与质量和距离有关。
2、小行星的受力——简单情况
在研究小行星的运动轨迹时,我们是完全可以将小行星看成一个没有体积的质量点(质点)。因为,小行星的运动通常是围绕大质量天体运动,两者体积相差大,其运动轨迹与小行星自身体积比也相差大。实际上,大天体的体积同样在研究小行星轨迹时可以忽略。如果已知小行星的质量,和太阳的质量,那么其运动状态是确定的,实际情况也是如此。小行星质量较小,相互之间的引力对于太阳引力来讲可以忽略,而其他天体又离得较远。所以,只有太阳引力起主要作用。太阳系中的小行星带,基本上也是一个椭圆,如下图。这种简单情况下,小行星的运动轨迹是有迹可循的,可以被推测的。
3、三体的运动——不可推测的复杂情况
为何有时候,小行星的运动轨迹变得杂乱无章,难道有其他未知的力的存在吗?的三体问题可以解答。《三体》不仅仅是的科幻小说,三体问题早就存在。与小说中的一样,当三个天体质量接近时,三者的运动是无法推测的。
实际上,天阳、地球、月亮就是一个三体问题。但是由于三者质量差的很多,所以可以得到准确的解。而一旦三者质量接近,那么会发现三体问题变成了一个混沌的问题:初始状态有一点点的变化,较后的结果会差的十万八千里。这也正是三体问题“无解”的原因。
实际上,这种混沌的状态在动力学上是确定的,其基本规则也简单,就是相互的引力作用。只不过由于对初始状态敏感,一点点的差别都会导致完全不同的结果。于是,就导致运动轨迹推测困难。
4、总结
小行星的轨迹问题,其基本的原理可以用动力学问题求解。对于简单的情况,其轨迹是可以精确求解出来的,不过对于三体之类的复杂问题,由于初始状态的敏感性,很难推测运动状态。但是,不管是简单问题,还是三体问题,较基本的就是相互的引力作用。