如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

在距离太阳1.5亿公里的位置上,有一颗宇宙中最独特的星球,那就是我们的地球。

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

几十亿年来,地球在太阳系这个绝佳的宜居带中绕太阳运行,提供了一个稳定而又适宜的环境,最终孕育了今天繁华的生态圈。虽说太阳系宜居带并不仅限于这么小的范围,理论上金星和火星也算是位于宜居带中,但是地球的温度的确是三者之中最完美的。可以说,地球的位置得天独厚。

那么,如果地球的轨道上还有另外一颗行星,比如另一颗和我们一模一样的地球呢?它会扰乱地球的运行轨迹吗?我们将会看到怎样的画面呢?

实际上,这还真不是随便胡说的。在宇宙中,两颗甚至多颗天体位于同一个轨道的现象的确存在,而且在我们太阳系内就有。

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

(图片说明:卡西尼号探测器拍摄到的土卫十一)

比如土星的两颗卫星土卫十(Janus)和土卫十一(Epimetheus),就是共用同一个轨道。严格意义上来说,它们的轨道之间也有50公里的差距,但是和它们的直径相比都太小了,所以我们可以认为它们是两颗共轨道卫星。这两颗卫星和土星之间的距离大约是15万公里(9.3万英里),位于土星环主环之外,二者之间最近的距离大约是1.5万公里(9300英里)。

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

(图片说明:卡西尼号探测器拍摄到的土卫十)

事实证明,共轨道天体的运行规律,远远超出了我们的想象。

通常来说,一颗天体绕另一颗天体公转,是按照椭圆形轨道运行的,这是开普勒在四百年前就告诉我们的。但是,对于共轨道天体来说,情况就完全不一样了。土卫十和土卫十一告诉我们:它们的轨道呈现出了诡异的马蹄状!

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

因此,如果真的有另外一颗地球和我们一样位于同一个轨道上,那么两颗地球将会以相同的方式运行。在这里,我们暂且将自己生活的地方称作地球1号,假设的那颗行星称为地球2号。

来自法国波尔多天体物理实验室的天体物理学家Sean Raymond向我们介绍说:“我认为在所以假设的另一颗地球中,马蹄状轨道是是最有意思的一种情况。由于这两颗行星是在同一颗恒星周围的同一个星盘中形成的,这也意味着二者很有可能包含着相似的物质。因此,对它们的演化研究就像是在研究从出生就分开的一对双胞胎。”

那么,如果真的出现这样的情况,两颗地球将会拥有怎样的马蹄状轨道呢?

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Raymond指出:和土卫十、土卫十一相似的,地球1号和地球2号也会有最靠近彼此的位置,这个距离大约是0.04-0.05个天文单位,也就是600万-750万公里之间。在这个距离下,两颗行星看到彼此的视觉效果也会很大,大概有满月视直径的1/5到1/4之间。然后,我们就会看到地球2号逐渐变小,最终消失在太阳的另一侧。对此,Raymond兴奋地表示:“能看到马蹄形轨道上的伴星一点点变成天空中的一个重要光源,应该是一件很有趣的事!”

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

共轨道天体之间相遇和分开的周期,取决于马蹄状轨道的宽度。以我们今天讨论的两颗地球的情况为例,它们将会在距离太阳0.995个天文单位到1.005个天文单位之间按照马蹄状轨道运行。在这个轨道下,两颗行星两次相遇的周期大约是33年。

Raymond同时也指出:这个轨道的变化并不会给地球的气候带来太大的变化,毕竟0.01个天文单位和日地距离(1天文单位)相比也不是很明显。

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

(图片说明:土卫十和土卫十一)

如果地球真的有这样一个双胞胎兄弟,那么根据现有的行星形成理论,它们可能不是一开始就处于这样一个位置的。有可能是两颗地球分别在属于自己的位置上形成,然后经历了碰撞和轨道迁移的过程,最终来到了同一个轨道上。

但是,在进入相同的轨道后,它们并不会彼此碰撞。以土卫十和土卫十一为例,每隔4年,当一颗追赶上另一颗、二者相互靠近的时候,会形成引力的相互拉扯,从而发生角动量的交换。在大概100天的时间内,两颗卫星会交换轨道,然后原来慢的那一颗卫星加速运行,快的那颗速度变慢。因此,这两颗卫星永远不会相撞,同样的,两颗地球也不会发生“车祸”。

如果地球轨道上还有另一颗地球,世界会变成什么样?

(图片说明:土卫十和土卫十一的轨道运行示意图,J代表土卫十,E代表土卫十一,二者会在靠近时发生轨道交换)

那么,既然两颗行星都可以稳定地在这里运行,二者几乎完全处于相同的状态下,那就有可能同时孕育生命,甚至是智慧生物。这种情况就非常有趣了,当人类还没有火箭发射能力时,双方或许会通过电磁波相互联系。一旦双方有了运载能力,那么相互之间的往来就会越来越多那么,我们是会和平共处还是势不两立呢?这就是一个值得思考的问题了。

你可能以为我们在异想天开,但实际情况并非如此。科学家还没有统计过两颗行星在同一个轨道绕宿主恒星公转的概率,不过应该的确是挺低的。但是另一方面,考虑到银河系内有数千亿颗恒星,其中大部分恒星都有行星,并且可能不止一个,那么即使是百万分之一甚至一亿分之一的概率,在如此大的基数下也不可能被忽略。

(图片说明:土卫十和土卫十一交换轨道动态示意图)

科学家们很期待能够找到这样的系外行星,亲眼看看那里会发生什么。在此之前,我们只能通过土卫十和土卫十一,以及目前的物理学定律来做一些有趣的遐想了。

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