布局宇宙景觀的魔力組合

卓然

2003年1月8日，直徑約60米的小行星2002AA29以一種不尋常的馬蹄形軌跡追蹤地球，它是第一顆以和地球幾乎相同的軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的行星。當(dāng)天，它離地球的最近距離為590萬(wàn)千米，是它近百年來(lái)離地球最近的一次。

圖中黃點(diǎn)代表太陽(yáng)，白線是地球軌道，藍(lán)線是2002AA29的軌道

2011年11月8日19時(shí)25分，一顆直徑約400米、如航空母艦大小的小行星從地球和月亮的縫隙中穿過(guò)。假設(shè)這顆名為2005YU55的小行星撞向地球，會(huì)在地面上砸出一個(gè)直徑約6000米、深500米的坑，還會(huì)導(dǎo)致7級(jí)地震，甚至可能引發(fā)海嘯，掀起高達(dá)20米的海浪。

2005YU55于2011年11月8日19時(shí)25分從地球和月亮的縫隙中穿過(guò)

直徑達(dá)3000米至5000米的“葉列寧”彗星，2011年10月16日與地球擦肩而過(guò)，距離大約在0.23個(gè)天文單位（1個(gè)天文單位等于地球到太陽(yáng)的距離，即1.5億千米）。天文學(xué)家不僅早就知道“葉列寧”彗星距地球的最近點(diǎn)，并且計(jì)算出它對(duì)地球產(chǎn)生的潮汐力只有月球的十億分之一，以及一個(gè)幾乎可以忽略不計(jì)的磁場(chǎng)。

“葉列寧”彗星與地球擦肩而過(guò)時(shí)的運(yùn)行軌跡水星的軌

未來(lái)可能對(duì)地球構(gòu)成最大威脅的是小行星“阿波菲斯”。這顆直徑400米左右的小行星將于2029年4月14凌晨4時(shí)靠近地球北半球，近地點(diǎn)位于5.7萬(wàn)千米處，位置大概在靠近日本上空……

科學(xué)家對(duì)上述這些看似失控的天外來(lái)客，為何了如指掌、應(yīng)對(duì)自如？他們的自信來(lái)自哪里？

用美國(guó)航空航天局近地天體計(jì)劃主管唐·約斯曼的話說(shuō)：“我們對(duì)小行星的軌道非常了解，是軌道和引力等科學(xué)工具鑄就了我們自信的基礎(chǔ)。”

是的，毫不夸張地說(shuō)，軌道和引力不僅是支撐宇宙大廈的棟梁，還是我們探索無(wú)盡星空的必經(jīng)之路。

如影隨形

小時(shí)候，天津還有有軌電車，雖然慢，但開(kāi)起來(lái)叮叮當(dāng)當(dāng)?shù)?，挺好玩。在?tīng)大人們議論地球、月球軌道時(shí)我就想，人真了不起，竟然能夠給那么大的家伙修軌道。后來(lái)才曉得此軌道非彼軌道，太空星際軌道是由引力、質(zhì)量等因素形成的特殊運(yùn)行軌跡。

軌道與引力看似相伴相生，如影隨形，但起主宰作用的還是引力，或者說(shuō)是先有引力后有軌道。如果非要形容的話，引力是構(gòu)成宇宙大廈的棟梁支柱，軌道則是將天體磚石連綴起來(lái)的鋼筋水泥。

以太陽(yáng)系為例。假如太陽(yáng)失去引力，所有高速運(yùn)行的行星都會(huì)被拋入太空;行星假如停止轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)的巨大引力就會(huì)把它們吸入自己上千萬(wàn)攝氏度高溫的熔爐，將地球和人類轉(zhuǎn)眼化為灰燼。

引力是太空中普遍存在的吸引力，是恒星系統(tǒng)形成的基礎(chǔ)，是星系運(yùn)行的原動(dòng)力。當(dāng)然，對(duì)不同天體而言，只有引力、質(zhì)量等因素達(dá)到平衡時(shí)方可確定關(guān)系，正常運(yùn)行。要達(dá)成這種平衡是非常不容易的。

太陽(yáng)的引力將所有行星向內(nèi)拉扯，但行星運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力又會(huì)阻止它們撞過(guò)來(lái);而行星總是以驚人的速度在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，它們自身首先要保持穩(wěn)定，引力和離心力一致，自身的物質(zhì)才不會(huì)被拋射出去。此外，太陽(yáng)引力與行星因運(yùn)動(dòng)而受到的離心力之間，必須形成一種微妙的平衡。行星周而復(fù)始地圍繞恒星運(yùn)行，軌道由此產(chǎn)生了。

水星的軌道

軌道其實(shí)就是星體運(yùn)行的軌跡，是太空中隱形的高速公路，長(zhǎng)短形狀各不相同。

值得慶幸

與太陽(yáng)系其他行星相比，地球之所以成為生命的樂(lè)園，仰賴于它擁有的圓形軌道，使其與太陽(yáng)的距離基本保持一致，溫差變化不是很大，并在40多億年內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，為生命孕育進(jìn)化創(chuàng)造了條件。這在躁動(dòng)無(wú)常的宇宙中，即便不是絕無(wú)僅有，也是比較罕見(jiàn)的。

看看地球的近鄰水星，你就知道我們生活在地球上有多幸運(yùn)了。

水星的軌道極不穩(wěn)定，它的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形，近日點(diǎn)距太陽(yáng)只有4500萬(wàn)千米。如此靠近太陽(yáng)，導(dǎo)致水星上的大氣很稀薄，陽(yáng)光的熱力長(zhǎng)驅(qū)直入，使得其向陽(yáng)面的溫度高達(dá)450℃，而背陽(yáng)面的溫度卻低到-170℃。任何生命都不可能在這樣的環(huán)境下存活。地球的極端溫度出現(xiàn)在利比亞沙漠和南極腹地，前者是68℃，后者超過(guò)-70℃。

不僅如此，水星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的軌道還極不穩(wěn)定，每繞一周它的軌道就會(huì)發(fā)生偏移，數(shù)億年來(lái)，水星的軌道呈現(xiàn)出菊花狀，使其自然條件越發(fā)惡劣。

再看距離太陽(yáng)64億千米的冥王星，它繞太陽(yáng)一周是248年，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，距離太陽(yáng)越遠(yuǎn)轉(zhuǎn)速越慢。冥王星是個(gè)非常怪異的天體，它的延展軌道與太陽(yáng)系其他行星完全不在一個(gè)平面上，不知道這是否是它被踢出行星行列的原因之一。冥王星是一個(gè)由冰晶和巖石構(gòu)成的冰凍星球，最低溫度只有-240℃，天空中會(huì)落下由甲烷和氮形成的雪花。

上帝之手把地球放在了與太陽(yáng)恰到好處的位置。它如果再稍微靠近太陽(yáng)，后果就不堪設(shè)想，金星就是最好的例子。地球若在天文單位上再接近一點(diǎn)太陽(yáng)，地球上的海洋將很快蒸發(fā)殆盡，地球?qū)⒑芸熳兂梢黄哪?，生命不?fù)存在。

相反，地球如果遠(yuǎn)離太陽(yáng)一點(diǎn)也不行，那樣它就會(huì)被兩極蔓延的堅(jiān)冰所包裹，永久冰期也隨之而來(lái)。是不偏不倚的地球軌道確保我們既不被燒死，也不會(huì)被凍死。

如今科學(xué)家探尋外星生命時(shí)，恪守的一個(gè)重要條件就是，其圍繞恒星運(yùn)動(dòng)的軌道應(yīng)該是圓形。

毀滅與創(chuàng)造

最大的能量碰撞是什么？不是核反應(yīng)堆，也不是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，而是星系云的大碰撞，它們較量的結(jié)果能催生出無(wú)數(shù)恒星，而操縱這種超級(jí)對(duì)決的幕后推手也是引力。無(wú)形的引力不僅可以將星系凝聚在一起，還可以把行星拋出星系。最近天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些不繞恒星運(yùn)行的流浪行星，它們被引力甩出原有星系，相互拉扯，行動(dòng)詭異，制造出一系列奇形怪狀的軌道。再進(jìn)一步觀察，才發(fā)現(xiàn)流浪行星在宇宙中的數(shù)目龐大。由此可知引力與軌道的正反兩面性：它們既是宇宙的定海神針，也是制造動(dòng)亂的禍?zhǔn)住?/p>

天文學(xué)家借助高倍數(shù)天文望遠(yuǎn)鏡觀察發(fā)現(xiàn)，一對(duì)距地球1.2萬(wàn)光年的雙子白矮星正在高速運(yùn)轉(zhuǎn)。它們體積雖小，但密度極高，一茶匙物質(zhì)可達(dá)5噸重。兩星相距只有8萬(wàn)千米，相當(dāng)于地月距離的1/5，它們的運(yùn)行時(shí)速超過(guò)160萬(wàn)千米，彼此繞對(duì)方運(yùn)行一周只需5分鐘，僅此兩項(xiàng)就已經(jīng)刷新天文紀(jì)錄了。

在引力作用下，兩顆白矮星越發(fā)靠近，引力較大的一顆從另一顆上不斷撕下物質(zhì)貼到自己身上……最后距離越來(lái)越近，兩顆星體都逐漸失控，直至相撞融合，形成一顆超新星。這是宇宙中最劇烈的爆炸事件，其亮度不亞于整個(gè)銀河系。

在茫茫宇宙中，極端的引力是一種破壞力，行星與恒星的繞行軌道會(huì)因此變得雜亂無(wú)章，造成一系列連鎖反應(yīng)。但是，神奇的引力除了破壞，還可以創(chuàng)造，甚至為生命的誕生創(chuàng)造大環(huán)境。地球上的所有生命都可以為此作證。

39億年前，奇怪的引力波導(dǎo)致太陽(yáng)系天體發(fā)生軌道共振，從而使得太陽(yáng)系內(nèi)外顛倒，今天的太陽(yáng)系版圖就是在那次軌道共振后逐漸形成的。在軌道秩序大亂的1億年內(nèi)，整個(gè)太陽(yáng)系變成了一個(gè)射擊場(chǎng)，數(shù)十億顆彗星從不同方向飛來(lái)撞擊行星，太陽(yáng)系中的行星和衛(wèi)星至今仍有當(dāng)時(shí)撞擊留下的傷疤。這就是所謂的后期重轟炸期。后期重轟炸期之前的地球，熾熱而荒涼，像一座超級(jí)火爐，死寂沉沉。

是冰彗星為地球帶來(lái)了寶貴的水源，不僅很快降低了地球的溫度，還造就了孕育生命的搖籃——海洋。海洋經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的10億年才孕育出生命的DNA。

這樣說(shuō)來(lái)，遙遠(yuǎn)的話題一下子就被拉近了。不是么，你我，還有樹(shù)木和小草，不都是奇異引力和錯(cuò)亂軌道的受益者嗎？

抬起手來(lái)，讓我們一起向目力所及的宇宙太空，真誠(chéng)地敬禮吧！