SciShow - 土星環哪裡來

IRW #6

SciShow - 土星環哪裡來

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Comments: 簡單。小品。

有點想把Édouard翻成艾都雅 (矮豆芽?!)，以凸顯跟Edward愛德華不同國。就像Henry亨利(英)、Heinrich海恩里希(德)、Henry昂利(法)......

洛希界限[→zh:wiki]

世新大學廣播電視電影學系18th畢業製作同名青春愛情劇[→預告][→全片]

潮汐力 [→en:wiki] 插圖即舒梅克‧李維九號彗星太接近木星而被扯裂成21塊。該彗星可能是奉行加倍奉還精神，沿被改變後的軌道繼續運行一個週期後，接二連三的撞上木星，是世紀天文大秀。

舒梅克‧李維九號彗星 [→zh:wiki]


Tags: 土星環, 洛希極限, Roche limit, 彗星, 太陽系, 潮汐力, 反照率

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這集的內容實在太簡化太點到為止，以至於講到洛希極限就停了，留了一個重要問題沒講：被扯碎的小行星形成環，那環兒怎麼會這麼薄？

土星環甚至薄的，每隔約15年，例如在1612年和2009年，當土星環和黃道面（plane of the Ecliptic [→en:wiki]）的交線剛好對齊到地球，從地球觀察會完全看不到它。

加利略也受這天文現象困惑－－雖然這只要用他後來堅持的日心說就能解釋，土星公轉一圈，土星環消失的現象恰好發生兩次啊！（土星繞太陽轉約30年一趟）

這現象牽扯到另一個更深的問題：為什麼太陽系是扁平碟狀的？也就是說，八大行星的軌道全在黃道面（地球軌道）的正負兩度以內。這是巧合還是有物理意義呢？當然不是巧合，把什麼事都當巧合，會與真理擦肩不知多少次呢。

為此我不得不跑去翻另一部影片XD 「分鐘物理 - 太陽系為何是扁平的？」[→本網誌]

 土星環還有一個謎題是，雖然是由無數碎片繞行，卻有某些軌道非常乾淨－－土星環上存在規則的縫隙！難道倪匡說得對，土星真有外星人嗎。土星環 [→zh:wiki]

當然不是這樣，這些軌道，是因為正好跟土星的主要衛星的軌道週期處於【簡單整數比】，例如3:1、5:2、7:3，而達到「共振軌道」[→zh:wiki]－－質量差不多的天體之間，軌道若起共振會互相穩固、鎖定、直到天長地久；但是一大一小起共振，小的天體發生的擾動會一次次的被放大，設想按三餐吵架的夫妻豈有不離婚的道理，這些小天體就被從軌道噴射出去永不復返了。

兩者之間的差別在於，共振軌道的星體之間會透過重力，微妙的交互傳遞軌道總能量，此消彼長。對於差不多大的天體，能量差一點點對應到相去不遠的軌道（cf. 變軌飛行） [→en:wiki]。

然而太小的天體若接受到額外一點推力，就會像被大卡車撞到一樣噴出去。概念類似用來向地外行星發射探測器的重力彈弓效應 [→zh:wiki]。


共振軌道之類的問題，牽扯到所謂三體問題的穩定性，或者一個很懸念的問題－－太陽系本身，穩定嗎 ？[→zh:wiki]

這問題的答案是：是，也不是XD

最早由法國數學巨擘龐加萊（Jules Henry Poincare, 1854-1912 [→zh:wiki]）指出，太陽系，或任何多體系統（n>2）是渾沌的，也就是說即使掌握一切物理變量的關係，系統裡微小的差距會隨時間放大，在某一段長時間之後（稱為李亞普諾夫時間, Lyapunov time）增長到完全不可能預測。

可以想像成即使能不管量子力學測不準，即使精確將每一顆原子的古典力學位置都確定，誤差小於普郎克長度，並輸入到一台超級電腦裡計算所有交互作用，在經過一倍李亞普諾夫時間之後，「宇宙模擬超級電腦」當中的捨入誤差將會汙染所有變數，使有效位數一位都不剩。

在太陽系而言這樣的混沌時間大概是幾億年吧。比地球上的氣象預報優秀非常多XD