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根据2017年10月19日及其后的观测资料计算的星际小行星A / 2017 U1的标称轨迹。注意到行星的不同轨道(快速和圆形)，柯伊伯带天体（椭圆和大致共面）以及这颗星际小行星。图片版权：Tony873004 of Wikimedia Commons
当你研究行星在我们太阳系中的轨道时，正确的答案是几百年前给出的：首先由开普勒运动定律描述，然后由牛顿万有引力定律导出。但是彗星都是来自太阳系及以外遥远的地方，都不会以相同的几乎是圆形的椭圆形移动，这是为什么呢？
为什么彗星在抛物线轨道上绕太阳运行，而不像在椭圆轨道上运行的行星？从奥尔特云到太阳，彗星从哪里获得能量到如此长的距离？此外星际彗星/小行星如何从其母星[系统]中出来，并访问其他行星呢？
太阳系行星与小行星带中的小行星几乎在同一个平面上运行，形成椭圆形，接近圆形的轨道。海王星之外就越来越不似圆。图片版权：Space Telescope Science Institute, Graphics Dept.
在我们的太阳系中有四颗内在的岩态行星，一颗超越它的小行星带，一个拥有许多卫星和环的气体巨星，然后是柯伊伯带。在柯伊伯带之外，有一个巨大分散的圆盘，它被一个球状的奥尔特云所取代，延伸了一个巨大的距离：也许一到两光年远，几乎到是下一颗恒星的一半。
我们太阳系的对数视图，一直延伸到最近的恒星，显示了小行星带柯伊伯带和奥尔特云的延伸。图片版权：NASA
为了在一定距离内保持稳定的轨道，根据重力定律，每个物体都需要以特定的速度运动。在基础物理方面，需要平衡系统的势能(以重力势能的形式)和运动的能量(动能)。当在太阳的引力势较深的时候，当更接近太阳的时候——能量更少，需要更快的移动以获得稳定的轨道。
我们太阳系的八颗行星和太阳，尺寸不是按照轨道距离来衡量的。水星是最难看到的裸眼行星。图片版权：Wikimedia Commons user WP
看看行星在轨道上的平均速度：
水星：48公里/秒
金星：35公里/秒
地球：30公里/秒
火星：24公里/秒
木星：13公里/秒
土星：9.7 km / 秒
天王星：6.8公里/秒
海王星：5.4公里/秒
由于太阳系形成的环境，充满了小碎片，然后合并在一起，相互作用，并导致许多天体被抛出，今天剩下的是非常接近圆形。
太阳系内行星的轨道并不完全是圆形的，但它们非常接近圆，水星和火星的距离最大。此外行星离太阳越近，它的速度就一定越快。图片版权：NASA / JPL
但也有一些引力的相互作用，如果一颗小行星或柯伊伯带天体靠近木星或海王星这样的大质量物体，它就会产生引力作用。这将使它的速度变化很大，在几乎任何方向上都能达到几公里。对于一颗小行星来说，可以使它的轨道从粗略的圆形变成高度椭圆的；彗星的轨迹，可能起源于小行星带，这是一个很好的例子。
恩克（Encke）彗星的轨迹，每3.3年形成一个完整的轨道，是非常短的周期，但在一个沿着彗星轨道轨迹的偏心椭圆中展开。恩克是继哈雷彗星之后发现的第二颗周期性彗星。图片版权：Gehrz, R. D., Reach, W. T., Woodward, C. E., and Kelley, M. S., 2006
另一方面，当在很远的地方，比如在柯伊伯带或奥尔特云，可能只移动速度为4公里/秒(对于内柯伊伯带)，下降到几百米/秒(对于奥尔特云)。与海王星这样的主要行星之间的引力相互作用可以使你的轨道在两个方向上改变。如果海王星从那里偷取能量，它将拉入太阳系内部，形成一个长周期的椭圆，类似于彗星雨丝-塔特尔彗星，它创造了英仙座流星雨。这是一个几乎没有引力的椭圆，但这是一个椭圆。
斯威夫特-塔特尔彗星的轨道路径与任何行星轨道相比，都是高度椭圆的。我们推测很久以前，与海王星或另一个巨大物体的引力相互作用改变了它的轨道，与现在看到的相匹配。图片版权：Howard of Teaching Stars
但是如果海王星，或者其他天体(我们仍然不知道太阳系外的大部分物质)赋予了额外的动能，它可以改变其轨道，从一个被束缚的椭圆轨道，到一个不受约束的，双曲的轨道。（抛物线是一个在椭圆和双曲的边界上的非束缚轨道）2013年的太阳ISON彗星，它在靠近太阳的时候解体了，它在双曲线轨道上。一般来说，来自太阳系外的彗星只会在边界之间的几公里以内。
当彗星ISON进入太阳系内部时，它形成了一组几乎直接指向太阳的尾巴。它在不到200万公里的距离上飞过太阳，然后从它的近距离处解体。图片版权：Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona
对于大多数人来说，关于彗星的最奇怪的事实是不需要大量的能量进入太阳系内部！如果有一个相对于太阳静止的质量，即使是在一个光年之外，如果我们等待足够长的时间，它就会直接进入太阳。在我们的太阳系中，对于轨道运行的遥远的质量来说，一个很小的变化到它的速度可以使它接近这个轨道。虽然这些来自附近物体的引力点发生在或多或少的随机方向，但我们只看到物体开始快速移动，接近太阳，形成尾巴，变得明亮到可以看到。这就是彗星的来源。
柯伊伯带是太阳系中已知天体数量最多的地方，但奥尔特云，更暗淡，更遥远，不仅包含更多，更有可能被像另一颗恒星那样的经过质量扰动。所有的柯伊伯带和奥尔特云物体相对于太阳的速度都非常小。图片版权：NASA and William Crochot
绝大多数要么几乎没有引力约束，要么几乎没有引力，这就是为什么A /2017 U1是如此巨大的发现！与我们所见过的其他彗星或小行星不同，它是极其不受引力束缚的。当我们太阳系外的物体移动时，一旦离太阳太远，只有几公里/秒的顶部，这一个移动速度超过20千米/秒。它一定来自太阳系外，因为即使是海王星也没有足够的质量和速度来传递这样的速度！
A / 2017 U1最有可能是星际起源。从上面看，9月9日最靠近太阳，以每秒27千米（每秒44千米）的速度行驶时，这颗彗星从从地球和太阳离开太阳系。图片版权：NASA / JPL-Caltech
是什么让彗星，小行星，或者我们太阳系以外的物体进入轨道的秘密呢？它只是引力，以及它历史上的引力作用。在我们的太阳系中，特别是在45亿年之后，所有物体都在椭圆轨道上运行。但引力的相互作用可以改变这一点，要么改变椭圆的形状，要么把它变成一个不受束缚的双曲线。在这两种情况下，我们只会看到它在靠近太阳的地方被引力弹弓左右所弹射，这是我们所知道的所有彗星的唯一途径。
彗尾的尾巴并不是完全沿着轨道轨迹，而是沿着远离太阳的直线或曲线路径，这取决于它是离子还是尘粒被吹掉。无论如何，当彗星离太阳太近的时候，彗星只能看到有尾巴。图片版权：Wikimedia Commons user Roger Dymock
彗星和小行星从我们的太阳系中被弹射出来，穿越星际空间，在那里它们有朝一日会在其他恒星附近通过。由于恒星以大约10 - 30千米/秒的相对速度穿过星系，这就是这些星际空间岩石可能移动的速度，解释了为什么我们发现的星际小行星移动如此之快。它只是初始轨道、引力相互作用的组合，以及我们太阳系通过星系的运动，这就解释了这一切。当从小行星带、柯伊伯带或奥尔特云的物体中偷取能量时，会创建一个更紧密地与太阳紧密结合的椭圆，反之弹出太阳系。
虽然我们现在相信我们知道太阳和太阳系是如何形成的，但这个早期的观点只是一个例证。当谈到今天看到的，剩下的只有幸存者。图片版权：Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)
随着时间的推移，太阳系不断地减少：小行星带、柯伊伯带和奥尔特云的物体也比以往任何时候都少，都变得越来越稀疏，知道有多少天体在这？这是一个不可能完成的任务。在太阳系里，人类所能遇到接触到的都是“幸存者”。
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
内容：“博科园”判定符合今主流科学
来自：Forbes science
编译：光量子
审校：博科园
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