天文学家发现宇宙“高速公路”可快速穿越太阳系

太阳系流形的整体拱形结构图。 （Todorovic等人，SciAdv，2020年）

由太阳系中的引力相互作用产生的不可见结构已经形成了“太空高速公路”。网络，天文学家已经发现。

这些通道可以使物体快速穿越太空，并可以用于我们自己的太空探索目的以及研究彗星和小行星。

通过对观测和模拟数据进行分析，塞尔维亚贝尔格莱德天文台的纳塔莎·托多罗维奇（NatašaTodorović）领导的一组研究人员观察到，这些高速公路由这些看不见的结构内部的一系列相连的拱形结构（称为空间流形）组成，每个行星都产生自己的流形，共同创造了研究人员所说的“真正的天体高速公路”。

该网络可以在数十年内将物体从木星运送到海王星，而不是通常在太阳系中存在的数十万至数百万年的更长的时间尺度。

在太空中寻找隐藏的结构并不总是一件容易的事，但是查看事物的移动方式可以提供有用的线索。特别是彗星和小行星。

有几组岩石体与太阳的距离不同。轨道不到20年的木星家庭彗星（JFC）不会比木星的轨道走得更远。

半人马座是冰冷的大块岩石，它们悬在木星和海王星之间。海王星天体（TNOs）是太阳系遥远的天体，其轨道比海王星大。

为了模拟连接这些区域的路径，当TNO过渡到Centaur类别并最终成为JFC时，时间范围可以是10,000到十亿年。但是最近的一篇论文指出，连接木星的轨道网关似乎更快，它控制着JFC和Centaurs的路径。

尽管该论文没有提到拉格朗日点，但已知由两个绕行体（在本例中为木星和太阳）之间的相互作用所产生的这些相对重力稳定性区域可以产生流形。因此Todorović和她的团队着手进行调查。

他们采用了一种称为快速李雅普诺夫指标（FLI）的工具，通常用于检测混乱。由于太阳系中的混乱与稳定和不稳定流形的存在有关，因此在很短的时间内，FLI可以捕获应用于其的动力学模型的流形的痕迹，包括稳定流形和不稳定流形。

＆＃34;在这里，＆＃34;研究人员在论文中写道，我们使用FLI来检测空间流形的存在和整体结构，并捕获作用在轨道时标上的不稳定性；也就是说，我们使用这个敏感且公认的数值工具来更笼统地定义太阳系内快速传输的区域。＆＃34;

他们收集了有关太阳系中数百万个轨道的数值数据，并计算了这些轨道如何与已知流形拟合，从而对从金星到海王星的七个主要行星产生的扰动进行了建模。

他们发现，最突出的拱形在日心距增加的情况下与木星相连。最重要的是其Lagrange点流形。使用测试粒子建模的所有Jovian近距离相遇都访问了木星的第一个和第二个Lagrange点附近。

然后在碰撞过程中将几十个左右的粒子抛向了行星；但是还有更多的人（约2,000人）从绕太阳公转的轨道上解开，进入双曲线逃逸轨道。平均而言，这些粒子分别在38年和46年后到达天王星和海王星，是十年来最快的到达海王星的时间。

在不到一个世纪的时间里，大多数人（约70％）达到了100天文单位的距离（冥王星的平均轨道距离为39.5天文单位）。

木星的巨大影响力不足为奇。除太阳外，木星是太阳系中最大的天体。研究人员发现，但是所有行星都将在与它们的轨道周期相称的时间尺度上产生相同的结构。

这种新的理解可以帮助我们更好地了解彗星和小行星如何在内部太阳系中运动，以及它们对地球的潜在威胁。而且，当然，上述优点对将来的太阳系探索任务有好处。

但是我们可能需要更好地解决这些网关的工作方式，以避免发生冲突。而且这不会很容易。

＆＃34;对发现的相空间结构进行更详细的定量研究…可以更深入地了解小物体的两条带与地球行星区域之间的传输，＆＃34;研究人员在论文中写道。

＆＃34;结合观察，理论和模拟将改善我们对作用于TNO，半人马，彗星和小行星种群的这种短期机制的当前理解，并将此知识与传统的长期混沌扩散图谱相结合。轨道共振对于所考虑的大范围能量而言，这是一项艰巨的任务。＆＃34;