這張冥王星照片是“新視野號”探測器於 2015 年 7 月 14 日從距離冥王星 5 萬英里(8 萬公里)處飛掠這顆矮行星後拍攝的。
冥王星有點孤獨,這顆曾經的第九大行星,如今不再被認爲是普通行星。
它的軌道平面與太陽系八大行星的軌道平面不同;而且它的軌道既是高度橢圓的,又傾斜得非常厲害。
冥王星的軌道與柯伊伯帶中其他天體的軌道更爲相似。
柯伊伯帶是海王星軌道之外一個甜甜圈狀的區域,也是其他矮行星(如馬克馬克和厄里斯)以及數百萬顆冰冷天體的所在地。
但即使與柯伊伯帶中的其他天體相比,冥王星的軌道也十分奇特。
那麼,冥王星的軌道是如何變成現在這樣的呢?
首先,讓我們將冥王星與地球和太陽系中的其他行星進行比較。
冥王星的軌道偏心率爲0.25。相比之下,地球軌道的偏心率爲0.0167,這意味着地球軌道接近圓形。土星和火星的偏心率分別爲0.054和0.093。
冥王星的軌道傾斜角度爲 17.4 度,而地球的軌道傾斜角度爲 1.5 度,水星的軌道傾斜角度約爲 2 度。
與太陽系八大行星相比,冥王星的軌道顯得格格不入
冥王星不尋常的偏心率和傾斜度很可能是由於它與鄰近的海王星和其他巨行星的相互作用造成的。
科學家認爲,海王星由於與鄰近巨行星的引力相互作用而發生的遷移,在解釋冥王星的軌道方面發揮了作用。
在某個時期,這些行星發生了遷移,冥王星處於這種軌道上,因爲海王星的軌道向外遷移……並將冥王星帶入了這種狀態。
假設你有一個平坦的表面。如果你隨意地在上面扔石頭,它們會落在任何地方。但如果表面有凹陷,石頭就會落入那些凹陷處。就行星而言,海王星的遷移爲冥王星等天體創造了一個引力井。
儘管冥王星的軌道很奇特,但它仍然能有效地制約冥王星。
冥王星248年的公轉週期中,有20年冥王星位於海王星軌道之內。這兩顆行星處於3:2的軌道共振狀態,這意味着海王星每公轉三週,冥王星就公轉兩週。
這種結構非常穩定,可以保護冥王星免受進一步的震動。
冥王星的軌道還有另一個奇特之處。當這顆矮行星到達近日點時,它始終位於行星軌道平面之上。通常情況下,行星和其他矮行星的軌道會隨着時間推移在行星軌道平面上下波動。
模擬結果表明,冥王星從未出現過這種情況。這是由於冥王星與木星和天王星之間存在一種相互作用,這種相互作用阻止了冥王星陷入混亂。
冥王星的軌道(圖中黃色部分)傾角很大,實際上它位於海王星軌道的內側
不過,冥王星並非唯一擁有奇特軌道的行星。例如,矮行星厄里斯的軌道偏心率爲0.45,傾角約爲43度。
關於行星如何遷移以及遷移的距離,我們仍有很多未知之處。而冥王星所在的宇宙鄰域,柯伊伯帶,肯定還有更多謎團。
它們的軌道可能隱藏着數十億年前被拋出太陽系的“失落行星”。
R. Malhotra, & T. Ito, Pluto near the edge of chaos, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 119 (15) e2118692119, https://doi.org/10.1073/pnas.2118692119 (2022).
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