34 太阳系如何运转？

太阳系里有八大行星，从离太阳近的地方开始数，分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星以及海王星。但其实太阳系里的天体相当多，绝对不止八大行星以及它们各自的卫星。

天体运动的基本形态大致上是小的绕着大的转，比如地球绕着太阳转，月亮绕着地球转，木星的卫星绕着木星转，等等。除了恒星、行星和卫星以外，太阳系里还有大量的小行星、彗星等。它们也绕着太阳转，且数量众多，质量较小。例如，在火星公转轨道和木星公转轨道这两个接近同心圆的区域中，就有大量小行星，它们大小不一，小的可能跟地球上的石块差不多，大的直径达100千米以上。这个充满小天体的区域叫作主带（main belt）。主带里大约有10万颗小行星，又如，冥王星的公转轨道周围，也有很多小行星，它们太过密集了，形成了一个小行星带，叫柯伊伯带。陨石大多是这一类的小天体掉到了地球上。现在太阳系稳定了，陨石也不多了。但在太阳系形成初期，流星雨并不是什么罕见现象。

除了小天体绕着大天体转的运动模式之外，太阳系里还存在着一类比较特殊的星团，它们虽然也是小的绕着大的运动，但它们并不像土星环那样，如游泳圈一般均匀分布，而是与行星的位置相对固定。比如，木星公转轨道上就存在着两坨小行星群，叫特洛伊群小行星，特洛伊这个名字是从古希腊神话中得来的。这两个特洛伊小行星群，在木星公转轨道上跟木星以相同的周期绕着太阳公转，它们相对于木星的位置是不变的。

为什么会出现这样的情况？是因为这批小行星基本都处在木星的“拉格朗日点”附近，拉格朗日点是一个名叫拉格朗日的法国数学家通过计算提出的概念。所谓拉格朗日点，是指在两个比较大的天体之间引力平衡且能让小行星做稳定圆周运动的点。质量大的行星在决定自身运动轨道时是不难的，因为它质量较大，只要考虑自己跟太阳之间的引力就可以了。但小行星除了要考虑太阳的引力，还要考虑离自己较近、较大行星的引力，在两股引力交叠的情况下，就可以算出5个受力平衡的点。L1到L5，处在这5个位置的小行星，相对太阳和大行星的位置是一直不变的，它们的公转周期跟大行星绕太阳的公转周期是一样的。但只有L4和L5，这两个拉格朗日点是稳定的。什么叫稳定？就是当小行星的位置偏离该点的时候，太阳和行星的引力倾向于把它们拽回来，L1、L2、L3这三个点不稳定，一旦偏离了这三个点，小行星就越跑越偏。这也是为什么木星的特洛伊群小行星只在L4、L5这两个位置附近有，而其他3个拉格朗日点附近没有。

“嫦娥4号”首次登陆月球背面，就用到了拉格朗日点的原理。登陆月背有一个问题，就是登陆之后，信号就被月球挡住了，地球指挥站无法与登月飞船直接联系。这时就需要先发射一颗中继卫星，叫作“鹊桥号”。“鹊桥号”充当地球指挥站与登月飞船之间的沟通桥梁，信号先发到“鹊桥号”，再由“鹊桥号”转达，“鹊桥号”便是处在地球和月球之间的L2拉格朗日点上，这样一来，对于登陆月背的飞船来说，就总有一颗挂在月球背面上空的信号站了，且信号站的位置悬在空中，也就是L2拉格朗日点。如此一来，通信就变得很方便。