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土星的卫星解释了它的倾斜和它为什么在增加

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由轨道共振引起的土星倾斜的艺术家的印象
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由轨道共振引起的土星倾斜的艺术家的印象
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由轨道共振引起的土星倾斜的艺术家的印象
动画显示土星的倾斜变化和其卫星的迁移
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动画显示土星的倾斜变化和其卫星的迁移

巴黎天文台天体力学和星历计算研究所的研究人员发现,土星轴不寻常的倾斜是由于其卫星在过去10亿年的周期性引力吸引。

凡是学过基本地理知识的人都知道地球是绕轴倾斜的,但是太阳系中的其他行星和其他天体也是这样。这些倾斜的程度变化如此之大,乍一看,这似乎是随机的。行星的倾斜度“就是”。

然而,事实并非如此。土星与其轨道的倾角为26.73°,但这不是偶然的结果。事实上,根据法国国家科学研究中心(CNRS)和在巴黎天文台工作的索邦大学(Sorbonne University)的两位科学家的说法,这是由于引力的复杂作用。

这种机制叫做轨道共振。当天体围绕太阳和彼此旋转时,它们会周期性地相互拉扯。这只是一个很小的拉动,但随着时间的推移,会产生非常大的累积效应。同样的原理也适用于推秋千上的孩子。推力可能非常小,但一个摆动和一个轨道,有一个自然振动的固有频率,所以每一个小推力加起来就会形成一个大弧线。

动画显示土星的倾斜变化和其卫星的迁移
动画显示土星的倾斜变化和其卫星的迁移

轨道共振的概念在很大程度上解释了轨道天体是如何相互作用的。以土星为例,研究小组发现,这颗行星的倾斜并不像之前认为的那样是40亿年前与气体巨星海王星相互作用的结果,而是由于土星的卫星,尤其是其最大的卫星土卫六的引力。

观测已经确定土卫六和其他土星卫星正在迁移。随着时间的推移,它们逐渐远离地球,就像月球逐渐远离地球一样。然而,土星卫星的移动速度比之前想象的要快,导致土星倾斜得更大。

根据这项研究,土星在它存在的前30亿年里只有轻微的倾斜。然后,大约10亿年前,卫星的引力建立了轨道共振,从宇宙的角度来看,迅速增加了倾斜,这种倾斜至今仍在持续。据估计,在接下来的数十亿年里,倾斜会变得更加明显。

这项研究发表在自然天文学

来源:CNRS

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