行星的轨道衰减是咋回事？地球会不会螺旋掉入太阳？

我们都知道双星轨道衰减问题，例如两颗中子星会互相螺旋接近对方。那么它们转的好好的轨道为何会衰减呢？我们太阳系行星轨道会衰减吗？牛顿和开普勒能诠释这个问题吗？相对论是如何诠释的？今天就会商这些问题。

让我们先回到牛顿和开普勒心猿意马律。

太阳系作为一个自力的系统，我们可以把太阳看作是太空中一个固心猿意马的不动的点，于是我们就可以追踪太阳系内所有天体，包罗行星、小行星和彗星环绕太阳的轨道活动。我们高中期间的物理都是这样阐发问题的，可是这样获得的只是近似值!

400多年前第谷身后把几麻袋的天文不雅测数据交给了开普勒，开普勒就获得了那时宿世界上最好、最丰硕天文数据，再加上开普勒这小我数学能力出格强，于是他就发现每一颗行星都不是在以太阳为中间的圆形轨道上运行，而是在以太阳为核心的椭圆轨道上运行。这就有了开普勒三大心猿意马律！半个多宿世纪后，牛顿发现了导致椭圆轨道发生的底子原因：万有引力心猿意马律。

引力心猿意马律不仅合用于环绕太阳运行的行星、太空中的物体，也合用于地球上简单的坠落物。怎么说，你拿着引力心猿意马律，走遍宇宙任何角落，都可以解决所有宏不雅物体的引力问题！引力心猿意马律在宇宙中具有遍及性，被称为“宇宙心猿意马律”，因为它合用于整个宇宙中任何有质量的物体。

换句话说，在任何时刻，只要你知道宇宙中所有物质的位置和质量，你就可以或许精确地展望在引力的影响下，在无限远的将来一切将若何成长。这就是牛顿心猿意马律的魅力和力量。

展望整个宇宙，这个设法有点飘！起首，要展望模拟整个宇宙，我们就需要一台像整个宇宙一样壮大和复杂的计较机，其模拟精度与宇宙自己运行的精度不异，我们今朝底子无法办到，可是也不需要这样劳平易近伤财！我们更喜好建造一个简单的模子，而不是计较整个宇宙中所有亚原子粒子的感化力以及它们彼此感化的体例。

牛顿引力可否诠释轨道衰减问题？

最简单的系统，也是我们最领会的系统就是：太阳系。

在我们的印象和日常平凡看到的图像中，八大行星被庞大的空距离开，太阳系的行星轨道应该是8个绕着静止太阳活动的完美封锁的椭圆！可是要获得这样的成果，我们就必需做出以下的假设才能当作立：

所有的行星和太阳的质量都可以看作是一个点。

每颗行星的轨道仅由太阳对其施加的引力决议。

牛顿心猿意马律是绝对的，所以不存在洛伦兹不变性（意思就是不考虑行星之间速度的差别，外行星比熟行星运行的速度快）。

可是，在实际中，以上的假设都不是真实的！

为了研究便利质量是可以看作一个抱负的点，可是真实的行星和太阳可一点也不像点。固然各天体之间的距离比它们自身的巨细要大的多，可是天体的巨细（从水星直径4879公里到太阳直径1391684公里）不等，天体质量分布也不平均，也并不是一个完美的圆。并且太阳系中的每一个天体都以非零的固有角动量扭转。

现实上，太阳系内没有一颗行星的轨道是完美的椭圆，我们的太阳也不是静止的。行星彼此之间以及太阳引力的转变导致了行星轨道在时候上并不是恒心猿意马的，若是我们的计较和测量足够切确的话，我们应该可以或许看到开普勒的轨道展望只是一个现实环境的近似值。

跟着时候的推移，考虑到更复杂的现象，好比与其他细小颗粒、粒子、尘埃的碰撞，行星也会损掉少量的轨道能量。在实际中，行星轨道不会形当作一个封锁的椭圆，会慢慢的螺旋接近太阳！

这是牛顿引力对轨道衰减能做出的最极限的展望息争释了，因为牛顿引力并不关心引力的速度是几多，也没有引力场和引力辐射这一说。两个有质量的物体只要一呈现就会瞬时发生引力感化，拿走一个引力也会当即消逝，除非有外在的身分影响引力，才会发生轨道的转变。而太阳系必定不是一个完美无瑕的系统，所以引力转变也是存在的！

广义相对论中的轨道衰减

而在广义相对论中，一个大质量物体味在它四周发生一个引力场。若是这个物体自身在活动或扭转，就会导致一个随时候转变的引力场。那么另一个大质量物体在引力场中活动，会发生什么呢?

不知道也不妨。大约在统一时候，科学家们也正在考虑当带电粒子穿过电场时会发生什么。具体地说，科学家把原子想象当作一个带正电荷的原子核和环抱原子核的电子。若是是这样的原子模子，那么原子必定不克不及存在！

快速移动的带点粒子会发射电磁辐射，而电磁辐射携带能量。是以，电子的轨道会跟着时候的推移而衰减，是以原子就会崩塌！卢瑟福初次发现了这个电磁辐射问题，直到几十年后量子力学的呈现，才解决了这个问题。最简单的诠释就是，特心猿意马能量的电子存在于特心猿意马的轨道上，而电子辐射出的能量并不是持续的，一次只能发射一份能量，这就是量子的界说！

爱因斯坦也展望，物体在转变的引力场中加快或改变偏向，也会引起引力辐射或引力场的振荡，就是我们常说的引力波，引力辐射和电磁辐射一样，也会带走能量，所以就会发生天体的轨道衰减！像我们太阳系这种较小的质量引起的引力波是无法探测到的，所以科学家就选择了那种强引力，而且速度不竭转变的天体，进行测量。距离我们地球1.7万年的双星脉冲星就是很好的选择，科学家也第一次当作功间接的测量到了引力波！

总结：地球螺旋进太阳的时候需要10^150年