太阳系“高速公路”，天体转移速度提升万倍，是航天事业重要依据

你可能无法想象，在我们的太阳系空间中，隐藏着一条天体专用的“高速公路”。在这条通道上，天体的轨道转移速度远远超过了我们的想象。

我们知道，太阳系中天体的轨道不是固定的，尤其是彗星、小行星这些小天体，很容易受到行星强大引力的干扰而发现轨道转移。长期以来，科学家们都认为这是一个非常漫长的过程。

比如从木星轨道附近的区域到海王星轨道附近，二者之间相隔有近40亿公里，非常遥远。根据以往的理论，一颗天体想要完成如此大距离的轨道转移，可能需要几十万、几百万年甚至更长的时间。而塞尔维亚贝尔格莱德天文台的Nataša Todorović和她的团队发现，在太阳系这条被他们成为“太空流形”的通道上，小天体只需要几十年的时间就可以完成这样的转移。

当然，虽然比喻为高速公路，但这条通道看起来也不过就是普通的宇宙空间。因此，想要发现这样的通道的确是一件非常不容易的事情。

首先，通过太阳系内相关小天体的运行模式，研究团队发现了一些注意的地方。他们观测的天体主要包括以下这几个类群——

• 木星族彗星（JFCs）：轨道通常在木星内侧，轨道周期不足20年；
• 半人马小天体（Centaurs）：运行于木星与海王星轨道之间的天体，它们名义上是小行星，但会表现出彗星的一些特征，因此身份至今是个谜；
• 外海王星天体（TNO）：是目前人类观测到最遥远的一类天体，其轨道比最远的行星海王星还要遥远。

这三类天体基本上就是以木星轨道和海王星轨道为分界线来区分的，其中外海王星天体有时候会越过半人马小天体变成木星族彗星。以往的模拟结果显示，这样的过程短则需要1万年，最长甚至可能要花掉10亿年的时间！

不过，最近有一篇论文指出：太阳系内可能存在着一条与木星轨道相连的通道，连通着半人马小天体和木星族彗星。

不过，这篇文章里略过了一个问题，那就是拉格朗日点。所谓的拉格朗日点，就是两个物体在相同的公转轨道上保持一致运行规律的点。在这项研究中，我们就需要观测木星的拉格朗日点。在太阳和木星的相互作用下，就会有流形空间出现。所谓的流形空间，大意指的就是局部具有平面几何性质的空间。

为了探测这种太空流形，Todorović带领着她的团队利用一个名为快速李雅普诺夫指示器（FLI）的设备进行了对这种天体混乱的探测。太阳系小天体的这种混乱与稳定或不稳定流形的出现有关，而这种指示器则可以在短时间内迅速捕捉到它所采用的动力学模型所表现出的一些细节特征。

他们在论文中介绍：“在本次实验中，我们利用FLI检测了太空流形的存在和结构，并且捕捉到公转时间尺度上的不稳定性。换句话说，我们通过这种敏感而且可靠的数学工具实现对太阳系内快速运输区域的大致定义。”

在本次研究中，他们一共获得了太阳系中数百万个轨道的数据。并且他们还计算了这些轨道和已知的流形之间的匹配度，从金星到海王星，对太阳系内7颗行星所产生的引力效果进行了模拟。

模拟结果显示，所有靠近木星的粒子，都路过了木星的第一和第二拉格朗日点。这些粒子中大部分都随即脱离了自己原本的绕太阳轨道，进入到一个双曲线的逃逸轨道。平均来说，它们会分别在38和46年抵达天王星和海王星的轨道附近，其中最快的一个从木星拉格朗日点转移到海王星轨道仅仅用了不到10年的时间，远远超出了以往的想象。

这不是它们的终点，这些粒子还可以飞得更远。模拟结果显示，在不到100年的时间里，它们就能飞到100个天文单位以外，也就是150亿公里那么远。相比之下，冥王星和太阳的平均距离也才只有39.5个天文单位。

你可能会说：这有什么可吹的，人类的旅行者号探测器用了四十多年的时间就飞出去二百多亿公里呢。

这不一样，因为旅行者号探测器是带着动力能源加速，直奔太阳系边缘的。而这些天体不一样，它们是以双曲线的形式环绕着转移轨道的。因此，在以往的理论中，这个过程都需要几万甚至几百万年的时间。如今发现这个过程竟然只需要几十年，还是令科学家非常意外的。

更加出乎意料的是，在这个过程中，不仅仅木星在起作用。作为太阳系最大的行星，木星的质量是太阳系除太阳以外其他天体总和的2.5倍，它产生的引力可以干扰小天体的轨道是理所当然的。但是在这次研究中，科学家们发现其他行星也在发挥着引力的影响，这还是有点意外的。

研究人员指出，他们的这项成果可以更好地帮助我们分析彗星、小行星这些小天体在太阳系中的运行规律。这不仅仅可以了解太阳系的演化过程，也是帮助我们预防小天体撞击地球的重要依据。

研究人员在论文中写道：“关于被发现的相位空间结构进行更详细的量化研究…能够提供一个更深入的视角，帮助我们了解两个小天体带及其在行星之间的转移。”

与此同时，更好地了解这些小天体的转移路线，对于未来的航天任务来说也有指导意义。在前往外太阳系甚至是更远的宇宙过程中，我们可以据此选择合理的航线，以防发生碰撞。