卫星绕行星运动规律的差异主要体现在以下几个方面:
一方面,卫星运动的轨道类型要多得多,包括圆形、椭圆形、偏心椭圆形等等,而且不同类型的轨道对应不同的运动规律。另一方面,卫星运动具有共面性,大部分卫星的轨道与行星的赤道平面相交,形成共面运动,这使得卫星的运动规律更易于计算。最后一方面,卫星运动既有同步轨道,也有非同步轨道,卫星与行星具有相同的自转周期的,它们的轨道被称为同步轨道;卫星的自转周期与行星自转周期不同的,它们的轨道被称为非同步轨道。
掌握了开普勒三大定律,以及卫星运动规律的差异性,就可以计算出天卫三与天王星之间的运动规律。在此之前,需要先测量获取它们的运行周期和轨道半径等参数。然后再应用开普勒定律,利用已知的参数推算出它们之间的运行规律。
那么,如何计算天体的运行周期?
天体运行的周期公式为:T=(4π^2r^3/GM)^1/2,其中R表示轨道半径,T表示周期,M表示中心天体质量,G表示重力常数。也就是说,只要知道了天体的半径和质量,就可以得出它的运行周期。
那么,如何计算天体的半径?又如何计算天体的质量呢?
实际上,天体半径的计算方法很简直。假如要计算某个行星的半径,只需要在该行星上放一颗近地卫星,测量近地卫星的速度和绕行星的周期,就可以通过公式得到行星的周长=卫星速度×周期。最后从周长推算出行星的半径即可。
计算天体的质量同样不难,而且存在多种多样的方法。在已知天体半径的前提下,使用重力加速度法,就可以直接推算出质量。这个方法适用于质量较大的天体,通过测量天体表面的重力加速度g和天体的半径R,利用公式M=gR^2/G,就可以计算出天体的质量。
这些都难不倒秦帆。他将勘探机器人作为卫星发往天卫三的近地轨道,从而推算出天卫三的半径。再让勘探机器人在半空中自由落体,从而得到天卫三的重力加速度g ,如此一来也就得到了天卫三的精确质量。
掌握了天卫三的运行规律后,下一步才能解开天卫三不断靠近天王星的秘密。在这个过程,仅仅应用开普勒三大定律是不够的,秦帆一边学习一边开发了一个动力学模拟计算系统,将可能影响天卫三运行的更多因素考虑进去,比如天卫三与天王星之间的引力相互作用,天卫三受其它卫星及哈雷彗星的引力影响等等,最终通过数值模拟的方法计算出来,并通过三维图像呈现。
经过反复测算和模拟,结论显而易见:在哈雷彗星贴近天卫三之前,天卫三的运行规律十分稳定,造成天卫三不断向天文星偏差的原因是受到哈雷彗星的影响。
听了秦帆的讲解,卜小云提出第一个问题:“如果让哈雷彗星离开天卫三,天卫三是否能够恢复正常的运行规律?”
“按理来说应该可以恢复正常,但也不能完全确定。”秦帆没有把话说死。
“让哈雷彗星离开天卫三,容易吗?”卜小云继续提出第二个问题。
“不容易。”秦帆简单扼要地说出了难度,这说明确实有难度,而且不是一般的难度。
“为什么不容易?”卜小云追问道。
秦帆认真地说:“我的理解有三大难度,第一是连接天卫三和哈雷彗星的绳子可不是一般的绳子,没有专用工具我们根本剪不断。第二不能随便剪开绳子,哈雷彗星会撞向天王星,搅乱天王星的运行,可能反噬天卫三。第三如果真的要分开哈雷彗星,必须让哈雷彗星重新回到它的运行轨道,不然会对其它天体造成影响。”
“听你这么说,确实难度不小。”卜小云感叹道,“你打算怎么办?”
“我还没有想清楚。”秦帆露出微笑说,“撞上天王星还有时间,容我再好好想想,怎么处理是好。”
在掌握了天卫三的运行规律后,根据秦帆的精确计算,离天卫三最终坠入天王星还有六年零七个月,六年说长不长,说短不短,确实不是眼前就必须解决的危险。
按照秦帆的想法,即便可以推测出是哈雷彗星对天卫三造成的影响——更别说这种推测并没有十足的把握和精准,也不应该急于抛弃哈雷彗星。万一哈雷彗星离开后,天卫三还继续坠向天王星,那一切就完蛋了,他们真的就没有退路了。
而且,秦帆也不能接受在没有把握的情况下让哈雷彗星脱离天卫三,如果哈雷彗星不能回归原来的运行轨道,或者重新规划一条轨道,以避免对其它星体造成毁灭性的撞击,那对整个太阳系来说都是不安全的。当然,这一点有点杞人忧天,在确实没有解决方案的时候,完全可以不予考虑,但现在不是还有六年时间吗?所以,不应该急于采取行动。
秦帆决定继续按原计划建设一个全新的地外生物圈,利用三到四年的时间,让天卫三拥有像地球一样的大气环境。再用一到两年的时间,让天卫三完全成为跟地球一样宜居的星球。
“那么,接下来我们要做什么呢?”卜小云问道。她完全同意秦帆的计划。
“做法很简单,”秦帆满脸微笑,“简单说,就是到处煽风点火,以最快的速度增加二氧化碳,改造天卫三的大气。”
“这不容易吗?”卜小云说,“先把大冰湖点燃,不出几天时间,就可以把整个天卫三点燃了。”
“问题是氧气呢?”秦帆说,“现在已经是最大产量了。”
卜小云“哦”了一声,“我给忘了这是在天卫三上,那就是说必须先解决大规模制氧问题。”
秦帆“嗯”了一声,“解决大规模制氧问题,其实就是解决大规模产能问题。理论上,只要有足够的能源,就能从液体里分解出氧气。”
“那怎么获取能源,你想好了吧?”卜小云问。一般情况下,在提出问题的同时,秦帆心里就已经有了答案。
但这次是例外。秦帆说:“我也没有想出好的办法。在一颗冰封,而且远离太阳的星球上,这确实是一个头痛的问题。”道理很简单,要是在这样的星球上能够大规模获取能源,那它就不会成为一颗冰封的星球,这在逻辑上行不通。
“那,”卜小云哭笑不得地说,“这样的计划还能算是计划吗?”
“要相信办法总比困难多。”秦帆笑着说,“只是还没有想到办法而已。我们一起努力想办法,把天卫三改造成地球。”
卜小云“哦”了一声,嘿嘿笑道:“好吧,你多想想,我脑瓜子不想想太多,太累了。”