为什么不是所有的轨道都是圆形的？

为什么有些天体的轨道是蝌蚪状甚至是马蹄形的？

太阳系的许多地图看起来太空中的一切都在完美的同心圆中运动。行星绕太阳运行，卫星绕行星运行。所以太空中的一切都一定是这样，对吧？

不完全的。轨道形成各种形状。西安大略大学的天文学家保罗·维格特 (Paul Wiegert) 告诉《生活科学》杂志：“行星和其他天体很少以完美的圆周运动。” 彗星有所谓的双曲轨道，这意味着它们从一个点弹射并再次返回。 小行星可以绕行星进行复杂的循环。甚至月球的轨道也在摇摆，随着它绕地球旋转，年复一年地缓慢扩大。

那么这些不同的路径是如何形成的呢？

首先，了解空间运动背后的物理学非常重要。当谈到轨道时，有两个主要力量在起作用。第一个是动量：当物体运动时，它具有将其推向特定方向的动量。亚利桑那大学研究轨道动力学的教授Renu Malhotra说，第二个是引力，一种吸引力。物体，尤其是像行星这样的大型物体，具有很强的引力，因此可以将移动的物体拉向它们。动量的推动和引力的拉力一起形成轨道。

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当重力和动量平衡时，轨道理论上会形成椭圆形。约翰内斯·开普勒 (Johannes Kepler) 指出了这一点，他是 17 世纪的德国科学家，他构建了数学模型来解释行星的运动。在开普勒之前，科学家们认为行星以完美的圆周运动。但特别是，火星的轨道是太阳系所有行星中最椭圆的，它不符合这个模型。开普勒发现椭圆是火星路径的答案，并解释了其他行星的路径——形成了一个定律，构成了我们今天理解轨道的基础。

但马尔霍特拉告诉《生活科学》杂志，开普勒理论提出的椭圆轨道只是行星、小行星和其他天体实际运行情况的近似值。事实上，物体上的动量和重力是不断变化的。如果动量太强，或者重力太弱，就会形成不同的模式。例如，彗星受到太阳引力的吸引，但它们具有极高的动量。这使得它们能够从一个点快速穿过银河系到另一个点，形成一条长椭圆形轨道。

马尔霍特拉说，宇宙中大量的物体也会使轨道动力学变得复杂。更多的物体增加了更多的引力源，这可以使行星体的运动扭曲并变成更复杂的路径。

例如，如果一颗小行星穿过太阳系，它最终不仅会受到太阳的拉动，还会受到附近任何行星的拉动——维格特称之为“动态关系”。这些天体通常被称为准卫星或准卫星。

例如，特洛伊小行星与木星和太阳具有动态关系。从技术上讲，它们绕太阳运行，通过在木星前面或后面盘旋来共享木星轨道。但木星的引力也将小行星拉成围绕木星的扭曲椭圆形轨道。这些轨道可以像蝌蚪甚至马蹄铁，从一个点到另一个点跷跷板。

另一个例子是 Kamo'oalewa，这是最近在地球附近发现的一颗准卫星，假设它是月球碎片。马尔霍特拉说：“它实际上绕着太阳运行，但它的轨道足够近，以至于地球引力极大地改变了它的轨道。”他与同事发表了许多关于这颗准卫星的论文。

她说，这些“不寻常的轨道非常不稳定”。但卡莫奥阿莱瓦的有趣之处在于它已经在地球上徘徊了几个世纪。她说，它在轨道上所有的动态力量中找到了自己的位置。