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太阳系稳定性问题

指数 太阳系稳定性问题

太阳系稳定性是一个天文学中的热门课题。虽然几乎所有的预测都表明,在未来的数十亿年内没有行星会相互碰撞或脱离太阳系且地球是相对稳定的,但太阳系的确是一个混沌系统。 自从1687年牛顿提出万有引力定律以来,数学家和天文学家们已经找到了一些关于行星稳定运动的证据,这些探索引领了不少数学的发展,其中几个连续的“证明了”太阳系的稳定性。.

18 关系: 多体问题天文學太阳系太阳风小行星地球火星磁层牛顿牛顿万有引力定律轨道共振轉軸傾角金星離心率李雅普诺夫时间水星混沌理论月球

多体问题

多體問題為一大類物理問題的通稱。那些問題與大量粒子構成的微觀系統有關,且粒子之間有交互作用。要精確描述這些微觀系統,將會用到量子力學。三體以上的系統即被視為多體系統,不過因為三體和四體可以用特定的方法處理,有時會被歸類為。在這樣的量子系統中,粒子之間不斷交互作用,產生量子相關性以及纏結。因此,系統的波函數很複雜,並含有大量資訊,常常無法進行精確或可分析的計算。所以,多體理論物理學常常必須依賴針對問題的一組近似,並且是最多計算的科學領域之一。.

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天文學

天文學是一門自然科學,它運用數學、物理和化學等方法來解釋宇宙間的天體,包括行星、衛星、彗星、恆星、星系等等,以及各種現象,如超新星爆炸、伽瑪射線暴、宇宙微波背景輻射等等。廣義地來說,任何源自地球大氣層以外的現象都屬於天文學的研究範圍。物理宇宙學與天文學密切相關,但它把宇宙視為一個整體來研究。 天文學有著遠古的歷史。自有文字記載起,巴比倫、古希臘、印度、古埃及、努比亞、伊朗、中國、瑪雅以及許多古代美洲文明就有對夜空做詳盡的觀測記錄。天文學在歷史上還涉及到天體測量學、天文航海、觀測天文學和曆法的制訂,今天則一般與天體物理學同義。 到了20世紀,天文學逐漸分為觀測天文學與理論天文學兩個分支。觀測天文學以取得天體的觀測數據為主,再以基本物理原理加以分析;理論天文學則開發用於分析天體現象的電腦模型和分析模型。兩者相輔相成,理論可解釋觀測結果,觀測結果可證實理論。 與不少現代科學範疇不同的是,天文學仍舊有比較活躍的業餘社群。業餘天文學家對天文學的發展有著重要的作用,特別是在發現和觀察彗星等短暫的天文現象上。 http://www.sydneyobservatory.com.au/ Official Web Site of the Sydney Observatory Astronomy (from the Greek ἀστρονομία from ἄστρον astron, "star" and -νομία -nomia from νόμος nomos, "law" or "culture") means "law of the stars" (or "culture of the stars" depending on the translation).

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太阳系

太陽系Capitalization of the name varies.

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太阳风

太陽風(solar wind)特指由太阳上層大氣射出的超高速等离子体(带电粒子)流。非出自太陽的类似带电粒子流也常稱爲“恆星風”。 在太陽日冕层的高温(几百万開氏度)下,氢、氦等原子已经被電離成帶正電的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快,以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚,射向太陽的外围,形成太陽風。 太陽風的速度一般在200-800km/s。 一般認為在太阳极小期,從太陽的磁場极地附近吹出的是高速太陽風,從太陽的磁场赤道附近吹出的是低速太陽風。太陽的磁場的活动是會變化的,週期大約為11年。 太陽風一词是在1950年代被尤金·派克提出。但是直到1960年代才證實了它的存在。長期觀測發現,當太陽存在冕洞時,地球附近就能觀測到高速的太陽風。因此天文学家認為高速太陽風的產生與冕洞有密切的關係。太阳表面的磁场及等离子体活动对地球有很重要的影响。当太阳发生强烈的活动时,大量的带电粒子随着太阳风吹向地球的两极,就会在两极的电离层引发美丽的极光。.

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小行星

小行星是太陽系内類似行星環繞太陽運動,但體積和質量比行星小得多的天體。 至今為止在太陽系內一共已經發現了約127萬顆小行星,但這可能僅是所有小行星中的一小部分,只有少數這些小行星的直徑大於100公里。到1990年代為止最大的小行星是穀神星,但近年在古柏帶內發現的一些小行星的直徑比穀神星要大,比如2000年發現的伐樓拿(Varuna)的直徑為900公里,2002年發現的誇歐爾(Quaoar)直徑為1280公里,2004年發現的厄耳枯斯的直徑甚至可能達到1800公里。2003年發現的塞德娜(小行星90377)位於古柏帶以外,其直徑約為1500公里。 根據估計,小行星的數目應該有數百萬,詳見小行星列表,而最大型的小行星現在開始重新分類,被定義為矮行星。.

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地球

地球是太阳系中由內及外的第三顆行星,距离太阳约1.5亿公里。地球是人類已知宇宙中唯一存在生命的天体,也是人類居住的星球,共有74.9億人口。地球质量约为5.97×1024公斤,半径约6,371公里,密度是太阳系中最高。地球同时进行自转和公转运动,分别产生了昼夜及四季的变化更替,一太陽日自转一周,一太陽年公转一周。自转轨道面称为赤道面,公转轨道面称为黄道面,两者之间的夹角称为黄赤交角。地球仅擁有一顆自然卫星,即月球。 地球表面有71%的面积被水覆盖,称为海洋或可以成为湖或河流,其余是陆地板块組成的大洲和岛屿,表面分布河流和湖泊等水源。南极的冰盖及北极存有冰。主體包括岩石圈、地幔、熔融态金属的外地核以及固态金属的內地核。擁有由外地核產生的地磁场。外部被氣體包圍,称为大氣層,主要成分為氮、氧、氬。 地球诞生于约45.4亿年前,42億年前開始形成海洋。并在35亿年前的海洋中出现生命,之后逐步涉足地表和大气,并分化为好氧生物和厌氧生物。早期生命迹象产生的具體证据包括格陵兰岛西南部中拥有约37亿年的历史的石墨,以及澳大利亚大陆西部岩石中约41亿年前的 Early edition, published online before print.。此后除去数次生物集群灭绝事件,生物种类不断增多。根据学界测定,地球曾存在过的50亿种物种中,已经绝灭者占约99%,据统计,现今存活的物种大约有1,200至1,400万个,其中有记录证实存活的物种120万个,而余下的86%尚未被正式发现。2016年5月,有科学家认为现今地球上大概共出现过1--种物种,其中人类正式发现的仅占十万分之一。2016年7月,科学家称现存的生物共祖中共存在有355种基因。地球上有约74亿人口,分成了约200个国家和地区,藉由外交、旅游、贸易、传媒或战争相互联系。.

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火星

火星(Mars, 天文符號♂),是離太陽第四近的行星,為太陽系中四顆類地行星之一。西方稱火星為瑪爾斯,是羅馬神話中的戰神;古漢語中則因为它荧荧如火,位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為熒惑。火星在太陽系的八大行星中,第二小的行星,其質量、體積仅比水星略大。火星的直徑約為地球的一半,自轉軸傾角、自轉週期則與地球相當,但繞太陽公轉周期是地球的兩倍。在地球上,火星肉眼可見,亮度可達-2.91,只比金星、月球和太陽暗,但在大部分時間裡比木星暗。 火星大气以二氧化碳为主,既稀薄又寒冷。火星在視覺上呈現為橘紅色是由其地表所廣泛分佈的氧化鐵造成的。火星地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水,火星南半球是古老、充满陨石坑的高地,北半球则是较年轻的平原。 火星有兩個天然衛星:火衛一和火衛二,形狀不規則,可能是捕獲的小行星。火星目前有四艘在軌運行的探測船,分別是火星奧德賽號、火星快車號和火星偵察軌道器以及2014年9月22日抵达的MAVEN轨道器,地表還有很多火星車和著陸器,包括兩台火星車:機會號和好奇號,和已經結束任務的精神號和鳳凰號。根據觀測的證據,火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內類似地下水湧出的現象。 火星全球勘測者則觀察到南極冠有部份退縮。火星快車號和火星偵察軌道器的雷達資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰Water ice in crater at Martian north pole http://www.esa.int/SPECIALS/Mars_Express/SEMGKA808BE_0.html。2008年7月31日,鳳凰號直接於表土之下證實水冰的存在。2013年9月26日,火星探測車好奇號發現火星土壤含有豐富水分,大約為1.5至3重量百分比,顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。2015年9月證實火星有間歇流動的液態水(液態鹽水)。.

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磁层

磁層是一个天体周围、以该天体的磁场为主的地区。地球、木星、土星、天王星和海王星的周围均有磁層。火星仅有局部的磁场,因此不能形成一个磁層。除此之外其它拥有磁场的天体如脉冲星也有磁層。.

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牛顿

牛顿(Newton)是一个欧洲人的姓氏,字源于地名。地名在古英语裡的意思是“新镇”。牛顿或Newton可以指:.

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牛顿万有引力定律

万有引力定律(Newton's law of universal gravitation)指出,兩個質點彼此之間相互吸引的作用力,是與它們的質量乘積成正比,並與它們之間的距離成平方反比。 万有引力定律是由艾薩克·牛頓(Isaac Newton)稱之為歸納推理的經驗觀察得出的一般物理規律。它是經典力學的一部分,是在1687年于《自然哲学的数学原理》中首次發表的,并於1687年7月5日首次出版。當牛頓的書在1686年被提交給英國皇家學會時,羅伯特·胡克宣稱牛頓從他那裡得到了距離平方反比律。 此定律若按照現代語文,明示了:每一點質量都是通過指向沿著兩點相交線的力量來吸引每一個其它點的質量。力與兩個質量的乘積成正比,與它們之間的距離平方成反比。關於牛頓所明示質量之間萬有引力理論的第一個實驗,是英國科學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)於1798年進行的卡文迪許實驗。這個實驗發生在牛頓原理出版111年之後,也是在他去世大約71年之後。 牛頓的引力定律類似於庫侖電力定律,用來計算兩個帶電體之間產生的電力的大小。兩者都是逆平方律,其中作用力與物體之間的距離平方成反比。庫侖定律是用兩個電荷來代替質量的乘積,用靜電常數代替引力常數。 牛頓定律的理論基礎,在現代的學術界已經被愛因斯坦的廣義相對論所取代。但它在大多數應用中仍然被用作重力效應的經典近似。只有在需要極端精確的時候,或者在處理非常強大的引力場的時候,比如那些在極其密集的物體上,或者在非常近的距離(比如水星繞太陽的軌道)時,才需要相對論。.

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轨道共振

軌道共振是天體力學中的一種效應與現象,是當在軌道上的天體於週期上有簡單(小數值)的整數比時,定期施加的引力影響到對方所產生的。軌道共振的物理原理在概念上類似於推動兒童盪的鞦韆,軌道和擺動的鞦韆之間有著一個自然頻率,其它機制和“推”所做的動作週期性的重複施加,產生累積性的影響。軌道共振大大的增加了相互之間引力影響的機構,即它們能夠改變或限制對方的軌道。在多數的情況下,這導致“不穩定”的互動,在其中的兩者互相交換動能和轉移軌道,直到共振不再存在。在某些情況下,一個諧振系統可以穩定和自我糾正,所以這些天體仍維持著共振。例如,木星衛星佳利美德、歐羅巴、和埃歐軌道的1:2:4共振,以及冥王星和海王星之間的2:3共振。土星內側衛星的不穩定共振造成土星環中間的空隙。1:1的共振(有著相似軌道半徑的天體)在特殊的情況下,造成太陽系大天體將共享軌道的小天體彈射出去;這是清除鄰居最廣泛應用的機制,而此一效果也應用在目前的行星定義中。 除了拉普拉斯共振圖(見下文)中指出,在這篇文章中的共振比率應被解釋為在相同的時間間隔內完成軌道數的比例,而不是作為公轉週期比(其中將會呈反比關係)。上面2:3的比例意味著在冥王星完成兩次完整公轉的時間,海王星要完成三次完整的公轉。.

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轉軸傾角

轉軸傾角是行星的自轉軸相對於軌道平面的傾斜角度,也稱為傾角(obliquity)或軸交角(axial inclination),在天文學,是以自轉軸與穿過行星的中心點並垂直於軌道平面的直線之間所夾的角度來表示與度量。.

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金星

金星(英語、拉丁語:Venus,天文符號:♀),在太陽系的八大行星中,是從太陽向外的第二顆行星,軌道公轉週期為224.7地球日,它沒有天然的衛星。在中國古代稱為太白、明星或大囂,另外早晨出現在東方稱啟明,晚上出現在西方稱長庚。到西漢時期,《史記‧天官書》作者天文學家司馬遷從實際觀測發現太白為白色,與「五行」學說聯繫在一起,正式把它命名為金星。它的西文名稱源自羅馬神話的愛與美的女神,维纳斯(Venus),古希腊人称为阿佛洛狄忒,也是希腊神话中爱与美的女神。金星的天文符号用维纳斯的梳妆镜来表示。 它在夜空中的亮度僅次於月球,是第二亮的天然天體,視星等可以達到 -4.7等,足以照射出影子。由於金星是在地球內側的內行星,它永遠不會遠離太陽運行:它的離日度最大值為47.8°。 金星是一顆類地行星,因為它的大小、質量、體積與到太陽的距離,均與地球相似,所以經常被稱為地球的姊妹星。然而,它在其它方面則明顯的與地球不同。它有著四顆類地行星中最濃厚的大氣層,其中超過96%都是二氧化碳,行星表面的大氣壓力是地球的92倍。表面的平均溫度高達,是太陽系最熱的行星,比最靠近太陽的水星還要熱。金星沒有將碳吸收進入岩石的碳循環,似乎也沒有任何有機生物來吸收生物量的碳。金星被一層高反射、不透明的硫酸雲覆蓋著,阻擋了來自太空中,可能抵達表面的可見光。它在過去可能擁有海洋,並且外觀與地球極為相似,但是隨著失控的溫室效應導致溫度上升而全部蒸發掉了B.M. Jakosky, "Atmospheres of the Terrestrial Planets", in Beatty, Petersen and Chaikin (eds), The New Solar System, 4th edition 1999, Sky Publishing Company (Boston) and Cambridge University Press (Cambridge), pp.

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離心率

離心率又稱偏心率,是指圆锥曲线上的一点到平面内一定点的距离与到不过此点的一定直线的距离之比。其中此定点称为焦点,而此定直线称为准线。 设一圆锥曲线C由C: d(P,M).

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李雅普诺夫时间

李雅普诺夫时间(Lyapunov time)是一個數學用語,是指一個動態系統出現混沌特性所需要的時間。李雅普诺夫时间表示系統可預測性的極限。依一般慣例,李雅普诺夫时间大約是指系統軌跡不沿著指數函數軌跡,開始發散的時間。 李雅普诺夫时间的命名是為紀念亞歷山大·李亞普諾夫。.

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水星

水星(Mercurius),中國古稱辰星;到西漢時期,《史記‧天官書》作者天文學家司馬遷從實際觀測發現辰星呈灰色,與「五行」學說聯繫在一起,以黑色配水星,因此正式把它命名為水星。 水星是太陽系的八大行星中最小和最靠近太陽的行星,但有著八大行星中最大的離心率 ,軌道週期是87.969 地球日。從地球上看,它大约116天左右與地球會合一次,公转速度遠遠超過太阳系的其它星球。水星的快速運動使它在羅馬神話中被稱為墨丘利,是快速飛行的信使神。由于大氣層极为稀薄,无法有效保存热量,水星表面昼夜温差极大,为太阳系行星之最。白天时赤道地區温度可达430°C,夜间可降至-170°C。極區气温則終年維持在-170°C以下。水星的軸傾斜是太陽系所有行星中最小的(大約度),但它有最大的軌道偏心率。水星在遠日點的距離大約是在近日點的1.5倍。水星表面充滿了大大小小的坑穴(環形山),外觀看起來與月球相似,顯示它的地質在數十億年來都處於非活動狀態。 水星无四季变化。它也是唯一被太陽潮汐鎖定的行星。相對於恆星,它每自轉三圈的時間與它在軌道上繞行太陽兩圈的時間几乎完全相等。從太陽看水星,參照它的自轉與軌道上的公轉運動,是每兩個水星年才一個太陽日。因此,对一位在水星上的觀測者来说,一天相当于兩年。 因為水星的軌道位於地球的內側(金星也一樣),所以它只能在晨昏之際與白天出現在天空中,而不會在子夜前後出現。同時,也像金星和月球一樣,在它繞著軌道相對於地球,會呈現一系列完整的相位。雖然从地球上觀察,水星會是一顆很明亮的天體,但它比金星更接近太陽,因此比金星還難看見。 從地球看水星的亮度有很大的變化,視星等從-2.3至5.7等,但是它與太陽的分離角度最大只有28.3°。當它最亮時,从技術角度上讲應該很容易就能從地球上看見它,但由于其距离太阳过近,實際上並不容易找到。除非有日全食,否則在太陽光的照耀下通常是看不見水星的。在北半球,只能在凌晨或黃昏的曙暮光中看見水星。當大距出現在赤道以南的緯度時,在南半球的中緯度可以在完全黑暗的天空中看見水星。 水星軌道的近日點每世紀比牛頓力學的預測多出43角秒的進動,這種現象直到20世紀才從愛因斯坦的廣義相對論得到解釋。.

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混沌理论

混沌理论(Chaos theory)是关于非线性系统在一定参数条件下展现分岔(bifurcation)、周期运动与非周期运动相互纠缠,以至于通向某种非周期有序运动的理论。在耗散系统和保守系统中,混沌运动有不同表现,前者有吸引子,后者无(也称含混吸引子)。 从20世纪80年代中期到20世纪末,混沌理论迅速吸引了数学、物理、工程、生态学、经济学、气象学、情报学等诸多领域学者有关注,引发了全球混沌热。混沌,也写作浑沌(比如《庄子》)。自然科学中讲的混沌运动指确定性系统中展示的一种類似随机的行为或性态。确定性(deterministic)是指方程不含随机项的系统,也称动力系统(dynamical system)。典型的模型有單峰映象(logistic map)迭代系统,洛伦兹微分方程系统,若斯叻吸引子,杜芬方程,蔡氏电路,陳氏吸引子等。为浑沌理论做出重要贡献的学者有庞加莱、洛伦兹、(Y.

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月球

没有描述。

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