四川
封面新闻记者 吴雨佳
近日，搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳以“我们所居住的太阳系”为主题开启他的第三场跨年演讲。
甫一开场，张朝阳指出本次主题的意义所在，“太阳系不是遥远的不可知，而是又近又远的家园，我们需要了解与我们息息相关的太阳系。”
这场演讲又被张朝阳戏称为对太阳系的大“考古”，而牛顿的运动定律和引力定律无疑是发掘这段历史的“洛阳铲”。他介绍，正是人类对太阳系各大天体的探索带来了物理学：第谷一生积累的观测数据启发了开普勒写下三大定律，而站在两位巨人肩膀上的牛顿，最终揭示了更具普遍性的真理。
张朝阳进一步解释，站在今人的角度，我们不再需要受困于海量的经验归纳，而是能以牛顿定律为第一性原理，完成对开普勒定律的逻辑重构。演讲现场，他通过求解微分方程，用更普适的圆锥曲线方程，精确表述了开普勒第一定律中的椭圆轨道；更是借助简单的微积分运算，证明第二、第三定律实为角动量守恒的必然结果。
黑板上，张朝阳在开普勒第三定律的表达式下方重重画了一条线。“轨道半长轴的立方正比于公转周期的平方。”这一总结简洁却深刻，勾勒出整个太阳系严整的大格局，道出八大行星的运动秩序所在。
潮汐力是怎么产生的呢？张朝阳通过对引力势的球谐展开，阐明了卫星在公转时会受到一种特殊力量的拉扯，这就是潮汐力的起源。张朝阳还提到，在极端情况下，潮汐力甚至能毁灭星球。当小质量星球过分靠近大质量星体时，巨大的拉扯力足以将其撕成碎片，这也是土星环的一个可能成因。
更有趣的是，在地月系统中，由于地球自转偏快导致潮汐形变稍有延迟，地球隆起的方向并不完全对准月球，这就导致月球持续受到一个力矩作用，其轨道半径以每年3.8厘米的速度扩张。反之，月球受地球潮汐作用产生的形变滞后，也会通过力矩作用减缓自身自转速度，最终形成与公转同步的潮汐锁定状态，这也是人类始终只能观测到月球一面的原因。
我们的太阳系有太多奥秘等待探索，张朝阳带观众领略了飞出地球的三个站点。
第一站是拉格朗日点。所谓拉格朗日点，就是由质量悬殊的两个天体组成的公转系统中的5个受力平衡点。这些地方具有独特的力学稳定性，因而科学家们在这些地方部署了大量探测器，例如韦布望远镜就部署在了日地系统L2点。太阳与木星系统中的L4和L5点也具有重要作用，它们可以作为“引力陷阱”捕获试图闯入太阳系内部的小行星，从而保护位于内层的地球。
飞出地球的第二站，是地球的“孪生兄弟”——火星。火星有许多与地球相像的地方，它的一天只比地球多了40分钟，公转轨道也离地球很近。为了将复杂的多体引力问题简化成单体引力问题，张朝阳将整个航线分成了三步：地球引力主导的逃逸阶段、太阳引力主导的霍曼转轨阶段、火星引力主导的捕获阶段。其中航线的大部分时间花费在第二步的霍曼转轨，耗时8个半月，虽然漫长，但是最省燃料的航行方案。
第三站，是太阳系外的浩瀚星空。1977年，美国发射了旅行者1号和旅行者2号，向着太阳系外的深空迈出了人类探索的第一步。它们在发射过程中都利用到了引力弹弓效应实现增速。“引力弹弓其实就是变换参照系”，张朝阳进一步讲解道，“想象一个乒乓球朝向乒乓球拍飞去，在拍子的参照系看来，入射速度和出射速度是大小相等的，但对于地面系来说，乒乓球获得了来自球拍的一部分速度。把拍子的速度叠加到球上，就是引力弹弓。”
相当多的观众也就人类未来的太空探索事业展开了提问。有人担忧地球能否支撑住人类文明的资源消耗速度，提出是否要加速对外太空的开发？张朝阳回答道，火星移民还是一个很遥远的未来，在缺少磁场缺少大气的环境下，目前只能寄希望于机器人去火星上采集资源。此外，现场还讨论了用彗星做引力弹弓加速、用太阳光压持续推进航天器等航行方案。
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