f704 J-M Souriau:关于太阳系动力学(第3页)
……太阳表面被抬升:因此存在潮汐效应,从而产生耗散过程,其结果是轨道逐渐磨损,即使行星轨道原本因潮汐效应而完全圆形化,也可能演变为螺旋形,最终趋向太阳并与其融合,尽管这一过程的时间尺度极为漫长(至今尚未精确量化)。
……不过我认为,确实存在一些遵循黄金律的系统,它们不再与所环绕的天体交换能量。这些包括小行星带以及巨行星(土星、天王星,尤其是土星)的环。这些环不会在中心天体上产生潮汐效应(尽管土星环会受到某些卫星通过引力作用的间接影响)。土星环的组成物质是冰块,彼此之间的相对运动几乎为零。如果这些相对运动显著,它们就不可能仅在二维平面内运动,土星环的厚度就会大大增加。此外,冰块之间的碰撞将使地球不断遭受彗星轰击,导致地球无法维持生命。
悲观主义的插话。
……我们尚不清楚构成环的冰块具体有多大,但有些可能达到二十公里。一个相当于山体大小的冰块,以数十公里每秒的速度进入地球大气层,将产生足以环绕地球传播的冲击波,甚至在冰块开始融化之前就已传播完毕。
图11:彗星进入地球大气层。
……当它撞击地表时,会炸成碎片。数百万吨的土壤或岩石也会被粉碎成极细的尘埃。入射冲击波发生反射,留下一个高温的热空气泡。入射冲击波以离心方式横向传播,沿途摧毁一切。但最关键的是“延迟效应”。这些较轻的热空气会上升,携带数百万吨微米级的尘埃,这些尘埃因下落速度极慢,可能在平流层停留一到两年。这层尘埃云将遮蔽太阳辐射。
图12:彗星之夜。
……由于温度下降和光合作用停止,这层遮蔽物首先在经度方向扩散,随后在纬度方向扩展,导致大量动植物死亡。
……我们的地球曾遭受过不同程度的彗星撞击。本世纪初,一颗彗星坠落在西伯利亚的通古斯地区。目击者称:闪光、雷鸣般的巨响。现场没有发现外来碎片,但树木被全部推倒,如下图所示:
图13(第019页):通古斯地区被推倒的云杉。**
……树木在中心区域仍保持直立,这是冲击波作用于地面的典型特征,而非由撞击物体本身造成。实际上,是撞击物体在分解为数千碎片后,其前方的冲击波先作用于地面。
……类似现象也发生在广岛。地面破坏并非由碎片造成,而是由冲击波引起。因此,一个位于撞击点正上方的建筑,仅受到垂直方向的冲击波作用,反而得以保持直立,而其邻近的建筑则被摧毁。
……在通古斯地区,位于撞击点附近的云杉若未倒下,其树皮也会被完全剥离。
……提到彗星时,人们常称之为“脏雪球”。事实上,这种冻结的结晶水未必能形成坚硬的冰,因为若要形成坚硬冰体,需要承受巨大的压力。在彗星这类小型天体中,引力和内聚力都极其微弱。因此,若它撞击地球,可能并非一块坚硬的岩石,而是一颗山体大小的“雪球”,以数十公里每秒的速度下落。但这并不会阻止强烈冲击波的形成,这冲击波将导致空气剧烈升温,尤其在入射和反射阶段,所有动能都将转化为热能。虽然物体本身并无坚固结构,但其携带的巨大能量却会造成强烈的超压和热冲击。当它进入稠密大气层时,自身便产生冲击波。若与大气的碰撞足够剧烈,彗星与大气的接触等同于一次爆炸。在通古斯地区冲击波造成的破坏之后,后续的景象可能如同冰雹倾盆而下。
悲观主义插话结束。
土星环似乎是“完全松弛”的子系统的典型例子。
……而海王星-冥王星系统则完全不同,它高度共振(周期比接近3:2),属于耗散结构。
……因此,太阳系是一个复合系统,包含“松弛”的子系统,也包含非松弛的子系统。共振子系统具有自身独特的稳定性,类似于贝纳德对流涡旋或冯·卡门涡街。
……我个人认为,太阳系整体趋向于一种最大松弛状态,其中所有元素都遵循全局黄金律(如行星)或局部黄金律(如土星和木星的卫星)。Souriau还补充说,这一猜想需要通过数值模拟来验证,而我们即将开展这项工作。
这时,我的妻子克莱尔提出了一个想法。她长期对太阳系问题着迷,她认为:
——如果我们在太阳系中发现了遵循黄金律的松弛子系统,以及类似耗散子系统的共振子系统,那说明曾发生过一次未知起源的扰动。否则,太阳系本应处于接近松弛的状态,不会出现如此多的异常现象,例如:
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地球位于一条“非共振”轨道上;
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火星与木星之间存在小行星带;
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水星轨道具有相对较高的偏心率;
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木星几乎没有环,而土星和天王星却有;
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地球拥有金属核心和强烈的地质活动;
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冥王星轨道倾角(18°)和天王星自转轴倾角(接近90°)异常;
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土星和木星的某些卫星与黄金律存在显著偏差。
……因此,太阳系可能曾处于更“平静”的状态,后来被一次重大事件所扰动。更具体地说,克莱尔认为,扰动发生在太阳系早期形成阶段,当时恒星尚在“趋于稳定”(轨道趋向圆形,黄道面逐渐形成),而某些局部元素仍保留了该过程的痕迹(即各种异常现象)。
……几年前,舒梅克-列维彗星撞击了木星。一个重要事实是:在撞击发生前,卫星已记录到这一事件(撞击发生在木星的背对地球的一面……