什么是黑白相间，全身红色，并在太阳系周围进行数百万年的旅程？ 答案是埃隆·马斯克的特斯拉跑车，它本月早些时候作为 SpaceX 猎鹰重型火箭首次飞行的测试载荷发射。 马斯克是这两家公司的首席执行官。
这辆车的最初目的是追逐太阳周围的火星。但是，火箭的上级表现超出预期，将跑车推进到火星以外，刚好在小行星带之外的轨道上。尽管有些人可能认为特斯拉只是另一块太空垃圾，但多伦多大学天体物理学家汉诺·雷恩和他的同事们认为这是一个测试科学当前模型如何解释我们太阳系中小型天体轨道演变的机会。
雷恩的专长是行星动力学——研究太阳系内外天体的轨道以及它们如何随时间变化。 例如，行星会根据与邻近世界的引力相互作用，在其恒星附近或远离恒星的位置移动。 雷恩创建了自己的软件，名为REBOUND，该软件可以模拟多个天体的相互引力相互作用，并且可以应用于较小轨道物体复杂动力学问题。 这包括土星环中尘埃和冰粒的运动，或者现在，预测太空中第一辆汽车的轨道演变。
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雷恩说：“我们看到有人发布了最终轨道的轨道要素。” “因此，我们将它们放入我们已经拥有的代码中，并在时间上向前积分，看看会发生什么，仅仅是出于好奇。”由于特斯拉是从地球发射的，它绕太阳的轨道目前与地球的轨道相交——因此，在可预见的未来，汽车和行星将反复发生近距离相遇。 然而，在这种情况下，“近距离”更像是月球距离（从地球到月球的距离，或大约 24 万英里）。 作者最初预测下一次此类相遇将在 2091 年发生，但随后对特斯拉轨迹的跟踪表明，该事件将改为在 2088 年发生。 他们的研究结果发表在最近 在线发布并提交给《英国皇家天文学会月刊》的研究中。
尽管在预测未来大约 70 年的小天体运动方面具有这种明显的精度，但在更长的时间内做出这样的预测是天体物理学中尚未解决的问题。 大约一个世纪之后，小天体的轨道往往会变得混乱，这是由于其他较大天体（主要是行星）的集体引力拖曳造成的。 因此，在这些较长的时间尺度上，它在太阳系中的实际路径类似于没有明显趋势的“随机游走”，迫使任何长期预测相对不精确。 雷恩和他的合著者研究了特斯拉轨道短期千年尺度和长期百万年尺度的演变。 尽管 2088 年发生了最初的近距离相遇，但他们没有发现未来一千年内与地球发生任何潜在的碰撞——尽管未来一百万年内似乎有 6% 的碰撞机会。 总的来说，研究人员得出结论，特斯拉可能的轨道寿命（在与其他天体碰撞或被弹出太阳系之前）为数千万年。 假设前提是没有未来的星际考古学家或文物收藏家首先将其从轨道上移除。 作者警告说，他们的计算对初始条件非常敏感，即特斯拉的大小、密度和自转周期——后者他们从 Twitter 上获得（是的，真的）。
然而，这项工作中最具实际意义的重点不是特斯拉本身返回来困扰我们的机会，而是它为测试我们预测近地小行星 (NEA) 轨道演变的能力提供的机会。 一些近地小行星可能对地球构成威胁，它们撞击我们星球的可能性很低，但却是真实存在的。 这些天体中的大多数都起源于小行星带，其轨道大于火星但小于木星。 来自木星的各种引力扰动有时会将近地小行星踢入内太阳系，在那里它们在小型岩石行星之间游荡，偶尔会靠得太近而令人感到不适。 雷恩和他的合作者想知道特斯拉是否可以像近地小行星一样，但反过来——从地球开始，逐渐被内部岩石行星的遭遇向外推，最终获得更具近地小行星特征的轨道。
除了引力影响外，雷恩和他的同事还必须考虑其他影响。 大多数小行星都有奇特的形状，远非球形，并且以数小时或数天的周期旋转——这意味着它们的表面没有均匀地暴露在阳光下。 这种不均匀的加热有时会显着改变它们的轨道，天文学家称这种行为为 Yarkovsky 效应。 雷恩说：“Yarkovsky 效应是一种非引力力。” 它之所以发挥作用，“是因为太阳加热了小行星的一侧，然后当小行星远离太阳旋转时，它开始将热量辐射出去。 由于它在一侧的辐射量比另一侧多，因此您会得到一种力。” 该力的大小取决于小行星的热特性及其旋转速度。
在特斯拉的案例中，雷恩的团队对汽车各种材料的热特性进行了简单的初步估算。 然而，无论他们如何改变他们的假设，他们都发现它相对较高的自转速度基本上抵消了 Yarkovsky 效应。 似乎引力将是特斯拉轨道命运的仲裁者。
雷恩和他的同事都没有计划以追踪特斯拉的轨道演变为职业，但他们很高兴在它上面测试他们的代码。 北亚利桑那大学的天文学家克里斯蒂娜·托马斯也认为这种情况提供了一个独特的机会。 她说：“多年来，我们已经非常擅长理解导致天体轨道演变的许多因素。” “因此，将特斯拉跑车作为最新的近地天体是测试我们当前模型的一种有趣方式。”
反过来，这些模型有朝一日对于更关键的预测至关重要，以预测威胁地球的近地小行星可能在何处以及何时撞击。 与此同时，贝尔法斯特女王大学的天文学家米歇尔·班尼斯特说，特斯拉“是向人们展示我们用来理解太阳系演变的工具是多么好的一个好方法……这对于动力学家来说也是一种乐趣。”