行星和卫星的轨道运动

行星和卫星的轨道运动

太阳系的中心天体是太阳，环绕着太阳有8个行星（包括30几个卫星）以及许多小行星、流星体和彗星在运转着。行星和小行星几乎都在同一个平面上绕太阳转动，大部分卫星也几乎在这同一平面上绕各自的行星转动，它们的转动方向一样，而且这个方向又正是太阳自转的方向。行星绕太阳转动的轨道和大部分卫星绕行星转动的轨道都是和正圆相差很少的椭圆。上述这3个运动特征称为行星和卫星的轨道运动的共面性、同向性和近圆性。这些运动特征在研究太阳系发展史上具有重要意义。

行星绕太阳运行的轨道是椭圆。设此椭圆的半长径和半短径分别为a和b，则表示椭圆对正圆偏离程度的偏心率e为

e越小，轨道越接近正圆；e＝0表示轨道是正圆。轨道面对黄道面（即地球公转轨道面）的倾角以i表示；若i大于90°，就表示转动是反方向的。

行星轨道面对不变平面（八个大行星的平均轨道面）的倾角，只有水星大些（为6°17′），其他的都很小（都小于2°10′），这表现了轨道运动的共面性和同向性。偏心率也只有水星的比较大，为0．206，其他的都小于0．1，这表现了轨道运动的近圆性。卫星的情况却复杂些，30几个卫星中有11个的轨道面对行星轨道面的倾角大于90°，它们绕行星的转动方向和行星绕太阳的转动方向相反，这些是所谓逆行卫星。土星最外面的卫星——土卫九——是逆行的。木星最外面的4个小卫星——木卫十二、十一、八和九——也都是逆行卫星。不过，离海王星很远的海卫二不是逆行的，而离海王星很近而且比海卫二大得多的海卫一却是逆行的。天王星和它的卫星系统都很特殊，天王星的自转轴和公转轴几乎垂直，前者对后者的倾角，也就是赤道面对轨道面的倾角为98°（地球只有23．5°）。5个天卫的轨道都在天王星的赤道面上，所以5个天卫绕天王星转动的轨道也几乎和天王星的公转轨道垂直。

在研究太阳系演化史时，一般把卫星分为2类：规则卫星和不规则卫星。规则卫星绕自己行星运动的轨道面对行星赤道面的倾角和偏心率小，离行星距离的分布有规则；不规则卫星的倾角和偏心率大，距离分布不规则。归入规则卫星的有木卫一到五，土卫一到七和土卫十，天卫一到五，共18个。它们的轨道对行星赤道面的倾角都不大于1．5°。偏心率，除了土卫七的等于0．104以外，其余的都小于0．03。月球，木卫六到十三，土卫八和九，海卫一和二，都是不规则卫星。它们的轨道面对行星赤道面的倾角都大于14°；轨道偏心率，除了月球、土卫八和海卫一以外，都大于0．13。两个小火卫，虽然它们的i和e都较小，但仍归入不规则卫星。这是因为，第一，火卫一绕火星转一周的时间（7小时39分钟）只有火星自转一周时间（24小时37分钟）的1/3不到，这种情况在卫星中是独一无二的；第二，火卫二的a值和火卫一的a值的比率远大于2，这和土卫八和土卫九类似，而规则卫星的这种比率都小于2。

总而言之，约1/2卫星的轨道运动具有共面性、同向性、近圆性；另1/2的卫星这3个特征或者全没有或者少1种或2种。

已经定出轨道和编号的1800个小行星，其i值和e值一般说来都比行星大。i值有大到52°．0的，平均i值为9°．5。e值有大到0．83的，平均为0．14。但是，小行星的i值没有大于90°的，所以没有逆行的小行星。彗星的i值和e值范围比小行星大得多，在周期长于15年的彗星中，约1/2是逆行的；在已定出轨道的600来个彗星中，1/2以上的e值等于1或略大于1。