新发现：宇宙“高速公路” ，实现了人类在太阳系中快速旅行

天文学家发现，由太阳系引力相互作用产生的不可见结构创造了一个“空间高速公路”路径。

这条通道使物体能够快速在太空中穿行，并可用于太空探索，以及彗星及小行星的研究。

通过对观测和模拟数据进行分析，由塞尔维亚贝尔格莱德天文台纳塔沙·托多罗维奇领导的一个研究小组观察到，这些高速公路由无形结构内的一系列联结拱组成，称为空间流，每个行星都有自己的流，共同创造了研究人员定义下的“真正的天体高速公路”。

这条高速网路可以在几十年内将物体从木星传送到海王星，而不是传统科技下所听闻的在太阳系中旅行的物体经历了数十万到数百万年更长时间跨度。

在太空中寻找隐藏的结构并不总是容易的，但观察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。

离太阳的不同距离处分布着几处岩石天体。还有木星家族的彗星（JFC），凡是轨道不到20年的彗星，其运行轨迹总不会超过木星的轨道。

半人马座是悬游在木星和海王星之间的冰块。横贯海王星的天体（TNO）则位于离太阳系较远的区域，其轨道比海王星的轨道大。

为了模拟联结这些区域的路径，当TNO过渡到半人马座、 最终成为JFC时，时间跨度从10000年到十亿年不等。但是最近的一篇论文发现了一个与木星轨道相连的空间隧道，它似乎要快得多，控制着JFC和半人马座的路径。

虽然那篇论文没有提到拉格朗日点，理论上，由两个轨道物体（在本例中，木星和太阳）相互作用产生的相对重力稳定区域可以生成流形。所以托多罗维奇和她的团队着手这项调查。

他们使用了一种称为快速李雅普诺夫指示器（FLI）的工具，通用于检测混沌。由于太阳系中的混沌与稳定流形和不稳定流形的存在有关，因此在短时跨度上，FLI可以捕获其应用的动力学模型的稳定流形和不稳定流形的轨迹。

“在这里，”研究人员在他们的论文中写道，“我们使用FLI来检测空间流形的存在和整体架构，并捕捉作用于轨道时间跨度的不稳定性；也就是说，我们使用这一敏锐而可靠的数据工具来更普遍地定义太阳系内的快速传输阈。”

他们收集了太阳系中数百万个轨道范围的数值，并计算了这些轨道如何与已知的流形相匹配，模拟了从金星到海王星的七颗主要行星所产生的扰动天象。

他们发现，日心距离越远，最突出的拱门与木星相连；最强烈的是它的拉格朗日点流形。所有使用测试粒子模拟的木星遭遇显示他们都访问了木星第一和第二拉格朗日点附近。

几十个左右的粒子在碰撞过程中被抛入行星群；但在2000年前后，更多的粒子脱离了围绕太阳旋转的轨道，进入了双曲线逃逸轨道。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，最快到达海王星的时间不到十年。

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

木星的巨大影响并不令人惊讶。太阳系内，木星是仅次于它质量最大的天体。研究人员还发现，所有行星都会在与其轨道周期相应的时间跨度上产生相同的结构。

这一新的认识可以帮助我们更好地理解彗星和小行星是如何围绕太阳系内部运动的，以及它们对地球的潜在威胁。基于上述优势，对未来的太阳系探测任务是值得期待的。

但我们能够更好地维护好这些路径的工作效率，以避免行星碰撞等冲突事件；实际上相当难。

研究人员在论文中提道：“对已发现的相空间结构进行更详细地定量研究……可以更深入地了解两条小行星带和地球区域之间的传输。”。

“将观测、理论和模拟结合起来，将改善我们目前对作用于TNO、半人马座、彗星和小行星种群的短期机制的理解，并将这一知识与长期监测到的通过轨道共振的混沌扩散的传统图像结合起来；这对于超极限的能量来说是一项艰巨的任务。”

这项研究发表在《科学进步》杂志上。

注：轨道周期指太阳系内行星围绕太阳公转的周期，如地球围绕太阳的黄道平面转动一圈约为24h。

BY: MICHELLE STARR

FY: 逆光

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