互动科普

木卫一投在木星上的影子（图片来源：NASA、喷气推进实验室-加州理工学院、美国西南研究院和马林空间科学系统公司；图片处理：Kevin M. Gill (CC BY 3.0)）

美国东部时间11月11日上午七点三十五至下午一点零四分，地球上的观测者将会看到水星从太阳之前掠过。地球、水星、太阳三点以一种非常可预测的方式排列。不过，虽然可以预测，但这一事件发生在一段有点复杂的时间间隔序列内，而且发生的时间只在五月或十月。比如说，像2019年11月这次一样的凌日现象，下一次发生的时间正好是十三年后。

另一个天体间的连线排列事件也正在酝酿中，那就是将于2020年12月发生的木星土星合相。到那时，木星和土星将到达离彼此最近的位置，这是个二十年一遇的事件。在2019年，这两个巨大的天体就已经开始随着它们的公转轨道（木星的公转周期为11.8年，土星的公转周期为29.5年），在我们的观察视角里靠近彼此。

虽然我们大部分人（我希望）已经不再相信神秘主义和自然的占卜之力，但是这些事件依旧会使我们兴奋。部分原因是因为这些都是有趣的现象，具有美的吸引力，但也可能是因为我们心理的某方面有些许慌乱。尽管我们完全掌握了科学事实，但偶尔感受到一点点宇宙的特殊地位也是好的。

不过，真正有趣的事情是，这些宛如钟表一般运作的规律事件能启发科学家去深入探索太阳系更加复杂的结构细节。这一探索，揭示着作用于地球环境本质的极真实极深远的效应，解答着地球生命百万年时间长河中的历程。

所有行星都有质量，所有质量都产生引力。根据牛顿的物理学说，这是神秘的力量；根据爱因斯坦的物理学说，这种力来自物体周围的时空扭曲。于是，我们太阳系中的每一个物体都在拉拽其它每一个物体。但其中一些比其它物体拉拽得更多。我们的太阳无疑是最大的“引力怪兽”，具有大约三十三万个地球的质量。但是木星质量排在第二，是地球质量的317倍，大约为太阳系内所有主要行星总质量的70%。

因为质量巨大，木星具有迄今为止最强大的影响力（土星位居第二），长期影响包括地球在内的其它行星的公转行为。知道这一影响的实际效果能帮助我们想象木星与地球之间的位置关系：在木星围绕太阳公转一圈的时间里，地球将围绕太阳公转将近12次。这意味着，地球每年都受到木星最大力的拉拽，并且拉拽的方向每年只适量改变一些（约30度）。这导致木星持续不断地拖拽着我们的轨道，像是挥之不去的疼痛。

结果，伴随着土星和其它天体的拉力，地球轨道的椭圆形状以及它在太空中的位置逐渐摇摆和移动。这些椭圆率差异最终成为了不同时期变化的组合，有点像一起演奏三个音符，最明显的变化“脉冲”出现在大约十万年左右。

也有其它引力导致的效应。地球公转轨道面的倾斜度在十万年的区间中以微小幅度上下摇摆。这种变化，加上日月之间的潮汐力，共同导致地球的旋转轴在四万一千多年里前后移动几度，但同时也改变其方向或者岁差。例如，在大约一万三千年之后，这种变化将导致北极在地球距离太阳最近的时候（在我们椭圆轨道的近日点）向太阳方向倾斜。这与今天的情况正好相反。在今天，当地球接近太阳时，我们会经历北半球冬天。

所有这些被人熟知的效应通常统称为米兰科维奇循环，这是一组影响气候变化的因素，由塞尔维亚地球物理学家和天文学家米留廷·米兰科维奇于二十世纪二十年代首次提出。这些因素之所以会影响气候，是因为这些地球构造的缓慢变化改变了太阳辐射的基本原理。因此，这些变化与全球和局部地区的气温变化相关联，我们从冰层和岩石的记录中能看到这些过去至少几百万年里地球温度的变化。记录还包括冰川期和干湿交替等气候变化，这些变化与解剖学上定义的现代人类的出现及其全球分布相重合。

所以，当你看到像水星凌日一类的事件，或者木星土星合相，你实际上是见证了宏大的引力舞蹈中的一个微小瞬间。即便这支舞蹈由指尖表演，几乎不搅动虚空，它也足以实实在在地改变地球上生命的历史。

作者： Caleb A. Scharf，哥伦比亚大学天体生物学主任。

翻译：罗晓玥

审校：郭晓

原文链接：

https://blogs.scientificamerican.com/life-unbounded/the-planets-and-you/