? ? ? ? 好久不見，今天更新天文第二冊第六章的天體系統(tǒng)部分，與第五章的天體引力有很強(qiáng)的承接作用，也包含了計(jì)算的重難點(diǎn)，難度系數(shù)是：五顆星。

2.6.1? 恒星系統(tǒng)及其穩(wěn)定性

? ? ? ? 天體之間由于引力作用相互繞轉(zhuǎn)從而形成天體系統(tǒng)。該系統(tǒng)至少包含一顆恒星即為恒星系。我們的太陽系是單恒星系統(tǒng)，因此它具有穩(wěn)定性、持久性。它能形成大型行星吸積盤或行星。單恒星系統(tǒng)中出現(xiàn)宜居行星可能性遠(yuǎn)大于多星系統(tǒng)。由于宇宙恒星眾多且引力大、離得較近，因此很多恒星系統(tǒng)為雙星系統(tǒng)甚至為多體系統(tǒng)。

? ? ? ? 在不特指時，多體系統(tǒng)均指恒星系統(tǒng)。雙星系統(tǒng)還存在一定規(guī)則性、周期變化性，而三體、多體系統(tǒng)無解（每個天體都有位置的x、y、z和速度的x、y、z六個變量，總變量超過了可解方程變量限制），因而它們錯綜復(fù)雜、軌道多變。但某些特殊的三體系統(tǒng)存在規(guī)律。

兩大帶一?。簝深w大恒星相互繞轉(zhuǎn)，一顆小恒星圍繞其中一顆恒星公轉(zhuǎn)。這樣系統(tǒng)軌道有周期性明星變化。

兩小圍一大：兩顆小質(zhì)量恒星在一定距離上圍繞大質(zhì)量恒星公轉(zhuǎn)，這樣系統(tǒng)具有較穩(wěn)定性，在百年、千年內(nèi)不會有太大的軌道擾動。

2.6.2? 雙星系統(tǒng)的形成與運(yùn)行

? ? ? 雙星系統(tǒng)具有變化規(guī)律，其形成有兩種原因。共生雙星：它們在同一個吸積盤中形成，由于吸積盤中物質(zhì)過剩，形成了兩顆恒星，且偏心率不高。 捕獲雙星：一個小質(zhì)量恒星經(jīng)過其他恒星系統(tǒng)被捕獲從而繞其公轉(zhuǎn)，通常擁有高偏心率軌道。

? ? ? ? 雙星系統(tǒng)理想狀態(tài)下為同心圓軌道。根據(jù)萬有引力提供向心力可知，二者中質(zhì)量大處于內(nèi)圓軌道，小的則在外圓軌道，軌道半徑與質(zhì)量可看成反比關(guān)系，即m1/m2＝r2/r1，若二者質(zhì)量相同則為理想狀態(tài)。實(shí)際上雙星系統(tǒng)都還有偏心率，且質(zhì)心位置在空間中也會移動。以質(zhì)心為參考系，兩恒星的軌道為交錯的橢圓，質(zhì)量大的天體繞行速率總是二者中較慢的一個。雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星與質(zhì)心的連線總在一條直線上，二者的公轉(zhuǎn)周期完全等值。

? ? ? ? 距離很近的雙星會由于洛希極限而相互交換物質(zhì)，如大熊座兩顆恒星，由于主副星相互撕裂，最后會形成吸積盤，里面氣體物質(zhì)會與它們進(jìn)行摩擦，拖慢環(huán)繞速度，最后發(fā)生碰撞合并成更大恒星或發(fā)生超新星爆炸。

2-6-3? 恒星系統(tǒng)中的行星

? ? ? ? 雙星乃至多體系統(tǒng)中難以存在行星，因?yàn)楦街谡麄€雙星系統(tǒng)上的大吸積盤上物質(zhì)會隨著雙星的形成壯大而被它們逐漸解散，難以聚集，就算一開始形成了行星，也會因?yàn)殡p星位置移動產(chǎn)生的劇烈的引力變化從而容易出現(xiàn)共軌加速甩出系統(tǒng)或被消速撞向恒星。如果它非常有幸的特別靠近其中一顆恒星，且雙星偏心率小，那么可能穩(wěn)定存在一些時間。

? ? ? ? 單恒星系統(tǒng)中行星數(shù)量通常數(shù)不勝數(shù)。開普勒第一定律表明，行星繞太陽（恒星）軌道的一個焦點(diǎn)太陽（恒星），因此軌道上各有一個近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)。就是根據(jù)開普勒第二定律，同一恒星系統(tǒng)中，某一個行星與恒星連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等。并且根據(jù)開三定律可知，同一恒星系內(nèi)行星公轉(zhuǎn)半長軸（橢圓中心到遠(yuǎn)端距離）的立方總與公轉(zhuǎn)周期的平方之比相等，即k＝r^3/T^2（原始依據(jù)：萬有引力提供向心力＝4兀mr/T^2），由此可以推導(dǎo)出k＝rv^2，而k的大小與恒星質(zhì)量密切相關(guān)。偏心率e為軌道中心天體到橢圓中心距離與半長軸之比。

? ? ? ? 恒星系統(tǒng)也有自己的壽命，通常與恒星本身壽命有直接關(guān)系。隨著恒星壽命到期，質(zhì)量下降，行星軌道可能會向外拓展（已潮汐鎖定除外），中大質(zhì)量恒星膨脹為紅巨星時可能會吞噬靠近恒星的行星，如太陽可能吞水星和金星。大質(zhì)量恒星超新星爆炸時使得系統(tǒng)內(nèi)由于高溫行星會全部等離子化。

2-6-4 伴星與行星系統(tǒng)

伴星

? ? ? ? 伴星是宇宙中常見的雙星中另一星的存在形式，通常把質(zhì)量差距大的雙星中質(zhì)量大的叫主星，質(zhì)量小的叫伴星。有些伴星繞主星偏心率高，而且長周期會回歸一次主恒星系，并擾亂內(nèi)部的恒星系統(tǒng)，伴星也可以有自己的小恒星系統(tǒng)。

? ? ? ? 伴星可能是白矮星、中子星、黑洞，它們是由一顆比主恒星質(zhì)量大的恒星提前膨脹成紅巨星再變成死亡恒星得到，其過程中系統(tǒng)質(zhì)心會逐漸由原伴星向現(xiàn)在的主星轉(zhuǎn)移。有些紅巨星還可能吞沒雙星中的另外一顆心。

行星系統(tǒng)

? ? ? ? 恒星系統(tǒng)中的行星也可以有自己的系統(tǒng)，圍繞其公轉(zhuǎn)的天體稱為其衛(wèi)星。大衛(wèi)星之間的引力影響可以使它們按一定比例形成共振軌道。行星擁有衛(wèi)星的數(shù)量取決于其引力（希爾球）（包括它的質(zhì)量和它在空間引力場中的位置）。行星距離主恒星較遠(yuǎn)，受主恒星影響小，自身希爾球就有可能更大，如果自身質(zhì)量也大，就可能捕獲很多衛(wèi)星，例如木星、土星。若行星內(nèi)衛(wèi)星軌道交錯混亂，它們就有可能相互撞擊、撞向主行星、或被甩出行星系統(tǒng)繞恒星公轉(zhuǎn)。

? ? ? ? 處在行星希爾球邊緣的衛(wèi)星不能穩(wěn)定，會很快被甩走。多個衛(wèi)星并排而行時，從外到里各個衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)日點(diǎn)逐漸拉遠(yuǎn)，直到超出希爾球從而被甩出去，只有希爾球內(nèi)接近1/5距離位置以里才能基本長期穩(wěn)定。各個衛(wèi)星質(zhì)量不能相對過大（超過主行星0.5%），否則互相干擾效果很強(qiáng)。

? ? ? ? 大質(zhì)量行星更容易捕獲長短周期彗星、行星帶中隕石、小行星等使它們成為自己的衛(wèi)星。衛(wèi)星離主行星過近會被潮汐撕裂成碎片形成行星環(huán)（木土天海都有行星環(huán)），主行星質(zhì)量略有增加，還會稍微影響其他衛(wèi)星軌道。

? ? ? ? 第二冊第六章的講解到此結(jié)束，下章為第七章，主題是物質(zhì)與能量。