用「混沌理论」解释巨行星的新卫星来源

    对于太阳系中如小行星这样原本绕太阳运转的小天体，最后如何会变成行星的卫星，一直是行星科学家眼中的谜。英国布里斯托大学（Bristol University）的研究人员日前在「自然（Nature）」杂志上发表一篇文章，描述他们以混沌理论（chaos theory）如何解释太阳系中各行星的新月亮的来源，此项理论或许可以协助天文学家预测可以在巨行星旁找到新月亮的位置。所谓的「混沌理论」是指：乍看之下似乎完全无序、其实是乱中有序，而且只要初始的条件只差一点点、就可能会使结果南辕北辙。

    这项研究的开端，起源于近几年来天文学家不断在木星、土星、天王星与海王星等四颗巨行星旁发现新卫星，尤其是木星，光是今年三月至四月，就已发表20颗新卫星的资料，使卫星总数高达60颗。天文学家相信，若能了解这些卫星的本质，或许就能进一步了解这些巨行星早期的历史，进而推知太阳系早期的状况，更可将这些结果应用在其他行星系统中，以便了解在这些行星系统内会不会产生生命体。

    基本上，卫星可分成两大类：规则与不规则。规则型卫星绕行星的轨道大致是圆形的，因此天文学家认为这类卫星应是在太阳系早期与行星一起形成的。而不规则卫星的公转轨道椭圆率非常高，且离行星大都约在数百万公里远，天文学家则认为这类型卫星应是原本绕行太阳的小行星，后来行经巨行星附近时才被行星重力捕获而变成卫星的。但天文学家对小天体被行星捕获的动力机制并不了解，而且无法解释为何有些不规则卫星的公转轨道是顺行、但绝大多数的不规则卫星的公转轨道都是逆行（与行星绕太阳公转方向相反）。

    布里斯托大学的数学家Stephen Wiggins、Andrew Burbanks，联合美国犹他州立大学的理论化学家David Farrelly和Sergey Astakhov，原本在研究一套了解化学反应机制的混沌理论，后来发现这套理论似乎也可以用来解释卫星捕获的动力机制，甚至如果真的解决了这个卫星捕获的动力机制问题后，还可以反过来解决他们的化学反应的其他问题。

    目前对不规则卫星的研究，大都停留在卫星本身，换句话说：只注目在被捕获之后的状况；因此Wiggins等人尝试用混沌理论来解出三度空间中，小天体如何从绕日轨道转成绕行星轨道，而且他们发现：只有混沌理论才能对此捕获现象做出合理的解释，而且模拟的结果与现今已知的不规则卫星出现的位置非常契合，甚至可以预测未来可在巨行星旁的何处发现新卫星—这对以在广大太空中搜寻新卫星为业的天文学家来说可是个天大的好消息！而对规则卫星而言，Wiggins等人则发现若小天体被捕获时的公转轨道就是顺行方向的话，那么这颗小天体将非常靠近行星，所以很容易就与靠近行星的大型卫星或甚至行星本身碰撞而被消灭，如此一来就可以解释为何绝大多数卫星轨道都是逆行的情况。

    因此，Wiggins等人的发现意味着：在这些卫星达到规律而稳定的轨道之前，通常必须先经过一段混沌的时期，完全符合「混沌理论」乱中求序的精神。

参考资料来源:

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

关于混沌理论可参考

天下文化所出之「混沌」一书

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






转载于   http://www.tam.gov.tw/news/2003/200305/03052202.htm