隨著宇宙探測技術日益發展，人們(men) 在行星周圍發現的衛星越來越多。
 

　　截至2019年10月7日，人們(men) 發現土星伴有82顆衛星，成為(wei) 太陽係中衛星最多的行星，反超之前穩坐第一寶座、擁有79顆衛星的木星。八大行星中，距離地球十分遙遠的海王星也被發現有十餘(yu) 顆衛星。如此多的衛星“共事一主”，它們(men) 會(hui) 擦出怎樣的火花？衛星在運行過程中不會(hui) 相撞嗎？
 

　　事實上，大多數情況下，它們(men) 盡量不“爭(zheng) 寵”，相安無事。近期，美國國家航空航天局(NASA)就發現，海王星的兩(liang) 顆衛星軌道就上演著一場“躲避之舞”。
 

　　共振：讓天體(ti) 之間存有牽絆
 

　　海衛三（Naiad）與(yu) 海衛四（Thalassa）的軌道半徑相差僅(jin) 1850公裏，假如二者軌道處於(yu) 同一平麵，理論上這兩(liang) 顆衛星在某一時間將以如此近的距離“擦身而過”。但實際上並非如此。
 

　　NASA噴氣推進實驗室太陽係動力學專(zhuan) 家瑪麗(li) 娜·布羅佐維奇領銜的研究團隊發現，海衛三和海衛四的最短距離約為(wei) 3540公裏，接近軌道距離的2倍。如果以海衛四的軌道平麵為(wei) 參考平麵，海衛三的軌道是傾(qing) 斜的，而且傾(qing) 斜得“恰到好處”。想象一下，當海衛四正在自己的軌道上優(you) 哉遊哉地轉著，海衛三卻逐漸逼近，但在快要接近海衛四時，又逐漸跳到參考平麵的上方，拉開了與(yu) 海衛四的距離。這樣“刻意保持距離”的相遇每隔一段時間就會(hui) 重複一次。研究人員稱之為(wei) “躲避之舞”。
 

　　 研究人員認為(wei) ，即使以太陽係外圍的標準來衡量，海王星這兩(liang) 顆衛星的軌道構型之奇特也是前所未有的。
 

　　“我們(men) 把這種重複模式稱為(wei) 共振。行星、衛星和小行星可以跳出很多不同類型的共振‘舞蹈’，但這一種我們(men) 從(cong) 未見過。”瑪麗(li) 娜·布羅佐維奇說。
 

　　共振，是指一物理係統在特定頻率下，比其他頻率以更大的振幅做振動的情形。就像一根繩子吊著一個(ge) 鐵球在同一平麵內(nei) 擺動，如果總是在鐵球達到最高點時用手施加一個(ge) 正向的力，球擺動的幅度就會(hui) 越來越大。那麽(me) ，擺動的球和施加力的手就組成了一個(ge) 處於(yu) 共振狀態的物理係統。
 

　　“人們(men) 很早就發現，這種共振構型在太陽係中也普遍存在。”中國南京大學天文與(yu) 空間科學學院教授周禮勇在接受科技日報記者采訪時表示，共振能夠相互影響天體(ti) 的軌道參數，就像一種無形的繩索一樣把2個(ge) 天體(ti) 或多個(ge) 共振天體(ti) 緊密地聯係起來，甚至能夠“鎖定”軌道。
 

　　要知道，太陽係中存在無數個(ge) 天體(ti) ，每一個(ge) 天體(ti) 都意味著一份萬(wan) 有引力。尤其當我們(men) 的研究對象是“塊頭”不大的衛星時，外界稍有擾動力，可能都會(hui) 對衛星的軌道產(chan) 生影響。這種情況下，也許連衛星自己都不能精確地預測，下一刻它會(hui) 出現在哪個(ge) 地方，是否會(hui) 逃出行星的掌控。但是，如果衛星和周圍的“小夥(huo) 伴”們(men) 產(chan) 生共振，那麽(me) 衛星軌道就可以逐漸固定下來，軌道構型也通常會(hui) 以某一特定的方式隔一段時間重複一次。共振衛星交會(hui) 時，也會(hui) 趨向於(yu) 保持更遠的距離，以減小引力的影響，保持軌道穩定，就像此次發現的海王星兩(liang) 顆衛星軌道構型一樣。
 

　　周禮勇表示，盡管衛星的軌道往往是不同軌道半徑的圓或橢圓，通常不存在相撞的風險，但共振機製無疑為(wei) 避免相撞又提供了一種額外的保護機製。
 

　　傾(qing) 角：為(wei) 罕見之舞提供平台
 

　　“此次發現的共振類型屬於(yu) 傾(qing) 角型平運動共振。”周禮勇說。
 

　　“太陽係天體(ti) 之間的共振有很多類型，包括平運動共振、長期共振、軌道自旋共振等。按照參與(yu) 天體(ti) 的個(ge) 數還可以分類成兩(liang) 體(ti) 共振、三體(ti) 共振等。”周禮勇告訴科技日報記者，其中最常見、人們(men) 研究最多的是兩(liang) 體(ti) 共振中的平運動共振。
 

　　當行星、衛星之間的軌道頻率或周期相等，或存在簡單整數比關(guan) 係時，我們(men) 就認為(wei) 這些天體(ti) 之間存在平運動共振現象。平運動共振又可細分為(wei) 偏心率型共振和傾(qing) 角型共振。前者的共振天體(ti) 軌道平麵往往處於(yu) 同一平麵或兩(liang) 個(ge) 軌道麵夾角不大，如海王星和冥王星之間的3∶2共振、土衛六和土衛七之間的4∶3共振、土衛一和土衛三之間的2∶1共振；後者共振天體(ti) 處於(yu) 不同平麵，如此次發現的海衛三和海衛四之間的73∶69共振。
 

　　“不僅(jin) 傾(qing) 角型共振在太陽係中十分罕見，如此大的整數比也非同尋常。”在周禮勇看來，與(yu) 以往人們(men) 發現的共振模型相比，這次兩(liang) 顆衛星的頻率之比更接近於(yu) 1。理論上來講，大整數比的共振天體(ti) 軌道不甚穩定，因為(wei) 天體(ti) 落入相鄰比例共振構型的幾率在增加。以海衛三和海衛四構成的共振構型為(wei) 例，稍有擾動，就可能讓這兩(liang) 顆衛星的共振變為(wei) 74∶69或73∶70等接近於(yu) 1的數值，但如果想讓海王星和冥王星之間由3∶2共振轉變為(wei) 2∶1或3∶1等其他共振，也很難實現。
 

　　因此，海衛三、海衛四這兩(liang) 顆衛星靠得如此之近，且穩定運動，“很奇特，就像是被人特意放進去的一樣。”周禮勇說。