行星的軌道衰減是咋回事？地球會不會螺旋掉入太陽？

我們都知道雙星軌道衰減問題，例如兩顆中子星會互相螺旋接近對方。那么它們轉的好好的軌道為何會衰減呢？我們太陽系行星軌道會衰減嗎？牛頓和開普勒能詮釋這個問題嗎？相對論是如何詮釋的？今天就會商這些問題。

讓我們先回到牛頓和開普勒心猿意馬律。

太陽系作為一個自力的系統，我們可以把太陽看作是太空中一個固心猿意馬的不動的點，于是我們就可以追蹤太陽系內所有天體，包羅行星、小行星和彗星環繞太陽的軌道活動。我們高中期間的物理都是這樣闡發問題的，可是這樣獲得的只是近似值!

400多年前第谷身后把幾麻袋的天文不雅測數據交給了開普勒，開普勒就獲得了那時宿世界上最好、最豐碩天文數據，再加上開普勒這小我數學能力出格強，于是他就發現每一顆行星都不是在以太陽為中間的圓形軌道上運行，而是在以太陽為核心的橢圓軌道上運行。這就有了開普勒三大心猿意馬律！半個多宿世紀后，牛頓發現了導致橢圓軌道發生的底子原因：萬有引力心猿意馬律。

引力心猿意馬律不僅合用于環繞太陽運行的行星、太空中的物體，也合用于地球上簡單的墜落物。怎么說，你拿著引力心猿意馬律，走遍宇宙任何角落，都可以解決所有宏不雅物體的引力問題！引力心猿意馬律在宇宙中具有遍及性，被稱為“宇宙心猿意馬律”，因為它合用于整個宇宙中任何有質量的物體。

換句話說，在任何時刻，只要你知道宇宙中所有物質的位置和質量，你就可以或許精確地展望在引力的影響下，在無限遠的將來一切將若何成長。這就是牛頓心猿意馬律的魅力和力量。

展望整個宇宙，這個設法有點飄！起首，要展望模擬整個宇宙，我們就需要一臺像整個宇宙一樣壯大和復雜的計較機，其模擬精度與宇宙自己運行的精度不異，我們今朝底子無法辦到，可是也不需要這樣勞平易近傷財！我們更喜好建造一個簡單的模子，而不是計較整個宇宙中所有亞原子粒子的感化力以及它們彼此感化的體例。

牛頓引力可否詮釋軌道衰減問題？

最簡單的系統，也是我們最領會的系統就是：太陽系。

在我們的印象和日常平凡看到的圖像中，八大行星被龐大的空距離開，太陽系的行星軌道應該是8個繞著靜止太陽活動的完美封鎖的橢圓！可是要獲得這樣的成果，我們就必需做出以下的假設才能當作立：

所有的行星和太陽的質量都可以看作是一個點。

每顆行星的軌道僅由太陽對其施加的引力決議。

牛頓心猿意馬律是絕對的，所以不存在洛倫茲不變性（意思就是不考慮行星之間速度的差別，外行星比熟行星運行的速度快）。

可是，在實際中，以上的假設都不是真實的！

為了研究便利質量是可以看作一個抱負的點，可是真實的行星和太陽可一點也不像點。固然各天體之間的距離比它們自身的巨細要大的多，可是天體的巨細（從水星直徑4879公里到太陽直徑1391684公里）不等，天體質量分布也不平均，也并不是一個完美的圓。并且太陽系中的每一個天體都以非零的固有角動量扭轉。

現實上，太陽系內沒有一顆行星的軌道是完美的橢圓，我們的太陽也不是靜止的。行星彼此之間以及太陽引力的轉變導致了行星軌道在時候上并不是恒心猿意馬的，若是我們的計較和測量足夠切確的話，我們應該可以或許看到開普勒的軌道展望只是一個現實環境的近似值。

跟著時候的推移，考慮到更復雜的現象，好比與其他細小顆粒、粒子、塵埃的碰撞，行星也會損掉少量的軌道能量。在實際中，行星軌道不會形當作一個封鎖的橢圓，會慢慢的螺旋接近太陽！

這是牛頓引力對軌道衰減能做出的最極限的展望息爭釋了，因為牛頓引力并不關心引力的速度是幾多，也沒有引力場和引力輻射這一說。兩個有質量的物體只要一呈現就會瞬時發生引力感化，拿走一個引力也會當即消逝，除非有外在的身分影響引力，才會發生軌道的轉變。而太陽系必定不是一個完美無瑕的系統，所以引力轉變也是存在的！

廣義相對論中的軌道衰減

而在廣義相對論中，一個大質量物體味在它四周發生一個引力場。若是這個物體自身在活動或扭轉，就會導致一個隨時候轉變的引力場。那么另一個大質量物體在引力場中活動，會發生什么呢?

不知道也不妨。大約在統一時候，科學家們也正在考慮當帶電粒子穿過電場時會發生什么。具體地說，科學家把原子想象當作一個帶正電荷的原子核和環抱原子核的電子。若是是這樣的原子模子，那么原子必定不克不及存在！

快速移動的帶點粒子會發射電磁輻射，而電磁輻射攜帶能量。是以，電子的軌道會跟著時候的推移而衰減，是以原子就會崩塌！盧瑟福初次發現了這個電磁輻射問題，直到幾十年后量子力學的呈現，才解決了這個問題。最簡單的詮釋就是，特心猿意馬能量的電子存在于特心猿意馬的軌道上，而電子輻射出的能量并不是持續的，一次只能發射一份能量，這就是量子的界說！

愛因斯坦也展望，物體在轉變的引力場中加快或改變偏向，也會引起引力輻射或引力場的振蕩，就是我們常說的引力波，引力輻射和電磁輻射一樣，也會帶走能量，所以就會發生天體的軌道衰減！像我們太陽系這種較小的質量引起的引力波是無法探測到的，所以科學家就選擇了那種強引力，而且速度不竭轉變的天體，進行測量。距離我們地球1.7萬年的雙星脈沖星就是很好的選擇，科學家也第一次當作功間接的測量到了引力波！

總結：地球螺旋進太陽的時候需要10^150年