用「混沌理論」解釋巨行星的新衛星來源

    對於太陽系中如小行星這樣原本繞太陽運轉的小天體，最後如何會變成行星的衛星，一直是行星科學家眼中的謎。英國布里斯托大學（Bristol University）的研究人員日前在「自然（Nature）」雜誌上發表一篇文章，描述他們以混沌理論（chaos theory）如何解釋太陽系中各行星的新月亮的來源，此項理論或許可以協助天文學家預測可以在巨行星旁找到新月亮的位置。所謂的「混沌理論」是指：乍看之下似乎完全無序、其實是亂中有序，而且只要初始的條件只差一點點、就可能會使結果南轅北轍。

    這項研究的開端，起源於近幾年來天文學家不斷在木星、土星、天王星與海王星等四顆巨行星旁發現新衛星，尤其是木星，光是今年三月至四月，就已發表20顆新衛星的資料，使衛星總數高達60顆。天文學家相信，若能瞭解這些衛星的本質，或許就能進一步瞭解這些巨行星早期的歷史，進而推知太陽系早期的狀況，更可將這些結果應用在其他行星系統中，以便瞭解在這些行星系統內會不會產生生命體。

    基本上，衛星可分成兩大類：規則與不規則。規則型衛星繞行星的軌道大致是圓形的，因此天文學家認為這類衛星應是在太陽系早期與行星一起形成的。而不規則衛星的公轉軌道橢圓率非常高，且離行星大都約在數百萬公里遠，天文學家則認為這類型衛星應是原本繞行太陽的小行星，後來行經巨行星附近時才被行星重力捕獲而變成衛星的。但天文學家對小天體被行星捕獲的動力機制並不瞭解，而且無法解釋為何有些不規則衛星的公轉軌道是順行、但絕大多數的不規則衛星的公轉軌道都是逆行（與行星繞太陽公轉方向相反）。

    布里斯托大學的數學家Stephen Wiggins、Andrew Burbanks，聯合美國猶他州立大學的理論化學家David Farrelly和Sergey Astakhov，原本在研究一套瞭解化學反應機制的混沌理論，後來發現這套理論似乎也可以用來解釋衛星捕獲的動力機制，甚至如果真的解決了這個衛星捕獲的動力機制問題後，還可以反過來解決他們的化學反應的其他問題。

    目前對不規則衛星的研究，大都停留在衛星本身，換句話說：只注目在被捕獲之後的狀況；因此Wiggins等人嘗試用混沌理論來解出三度空間中，小天體如何從繞日軌道轉成繞行星軌道，而且他們發現：只有混沌理論才能對此捕獲現象做出合理的解釋，而且模擬的結果與現今已知的不規則衛星出現的位置非常契合，甚至可以預測未來可在巨行星旁的何處發現新衛星—這對以在廣大太空中搜尋新衛星為業的天文學家來說可是個天大的好消息！而對規則衛星而言，Wiggins等人則發現若小天體被捕獲時的公轉軌道就是順行方向的話，那麼這顆小天體將非常靠近行星，所以很容易就與靠近行星的大型衛星或甚至行星本身碰撞而被消滅，如此一來就可以解釋為何絕大多數衛星軌道都是逆行的情況。

    因此，Wiggins等人的發現意味著：在這些衛星達到規律而穩定的軌道之前，通常必須先經過一段混沌的時期，完全符合「混沌理論」亂中求序的精神。

參考資料來源:

http://www.bris.ac.u...003/188

關於混沌理論可參考

天下文化所出之「混沌」一書

http://www.hk-phy.org/arti...chaos.html






轉載於   http://www.tam.gov.tw/news/2003/200305/03052202.htm