什麼是黑白相間，全身紅色，並在太陽系周圍進行數百萬年的旅程？ 答案是埃隆·馬斯克的特斯拉跑車，它本月早些時候作為 SpaceX 獵鷹重型火箭首次飛行的測試載荷發射。 馬斯克是這兩家公司的執行長。
這輛車的最初目的是追逐太陽周圍的火星。但是，火箭的上級表現超出預期，將跑車推進到火星以外，剛好在小行星帶之外的軌道上。儘管有些人可能認為特斯拉只是另一塊太空垃圾，但多倫多大學天體物理學家漢諾·雷恩和他的同事們認為這是一個測試科學當前模型如何解釋我們太陽系中小型天體軌道演變的機會。
雷恩的專長是行星動力學——研究太陽系內外天體的軌道以及它們如何隨時間變化。 例如，行星會根據與鄰近世界的引力相互作用，在其恆星附近或遠離恆星的位置移動。 雷恩建立了自己的軟體，名為REBOUND，該軟體可以模擬多個天體的相互引力相互作用，並且可以應用於較小軌道物體複雜動力學問題。 這包括土星環中塵埃和冰粒的運動，或者現在，預測太空中第一輛汽車的軌道演變。
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雷恩說：“我們看到有人釋出了最終軌道的軌道要素。” “因此，我們將它們放入我們已經擁有的程式碼中，並在時間上向前積分，看看會發生什麼，僅僅是出於好奇。”由於特斯拉是從地球發射的，它繞太陽的軌道目前與地球的軌道相交——因此，在可預見的未來，汽車和行星將反覆發生近距離相遇。 然而，在這種情況下，“近距離”更像是月球距離（從地球到月球的距離，或大約 24 萬英里）。 作者最初預測下一次此類相遇將在 2091 年發生，但隨後對特斯拉軌跡的跟蹤表明，該事件將改為在 2088 年發生。 他們的研究結果發表在最近 線上釋出並提交給《英國皇家天文學會月刊》的研究中。
儘管在預測未來大約 70 年的小天體運動方面具有這種明顯的精度，但在更長的時間內做出這樣的預測是天體物理學中尚未解決的問題。 大約一個世紀之後，小天體的軌道往往會變得混亂，這是由於其他較大天體（主要是行星）的集體引力拖曳造成的。 因此，在這些較長的時間尺度上，它在太陽系中的實際路徑類似於沒有明顯趨勢的“隨機遊走”，迫使任何長期預測相對不精確。 雷恩和他的合著者研究了特斯拉軌道短期千年尺度和長期百萬年尺度的演變。 儘管 2088 年發生了最初的近距離相遇，但他們沒有發現未來一千年內與地球發生任何潛在的碰撞——儘管未來一百萬年內似乎有 6% 的碰撞機會。 總的來說，研究人員得出結論，特斯拉可能的軌道壽命（在與其他天體碰撞或被彈出太陽系之前）為數千萬年。 假設前提是沒有未來的星際考古學家或文物收藏家首先將其從軌道上移除。 作者警告說，他們的計算對初始條件非常敏感，即特斯拉的大小、密度和自轉週期——後者他們從 Twitter 上獲得（是的，真的）。
然而，這項工作中最具實際意義的重點不是特斯拉本身返回來困擾我們的機會，而是它為測試我們預測近地小行星 (NEA) 軌道演變的能力提供的機會。 一些近地小行星可能對地球構成威脅，它們撞擊我們星球的可能性很低，但卻是真實存在的。 這些天體中的大多數都起源於小行星帶，其軌道大於火星但小於木星。 來自木星的各種引力擾動有時會將近地小行星踢入內太陽系，在那裡它們在小型岩石行星之間遊蕩，偶爾會靠得太近而令人感到不適。 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樣，但反過來——從地球開始，逐漸被內部岩石行星的遭遇向外推，最終獲得更具近地小行星特徵的軌道。
除了引力影響外，雷恩和他的同事還必須考慮其他影響。 大多數小行星都有奇特的形狀，遠非球形，並且以數小時或數天的週期旋轉——這意味著它們的表面沒有均勻地暴露在陽光下。 這種不均勻的加熱有時會顯著改變它們的軌道，天文學家稱這種行為為 Yarkovsky 效應。 雷恩說：“Yarkovsky 效應是一種非引力力。” 它之所以發揮作用，“是因為太陽加熱了小行星的一側，然後當小行星遠離太陽旋轉時，它開始將熱量輻射出去。 由於它在一側的輻射量比另一側多，因此您會得到一種力。” 該力的大小取決於小行星的熱特性及其旋轉速度。
在特斯拉的案例中，雷恩的團隊對汽車各種材料的熱特性進行了簡單的初步估算。 然而，無論他們如何改變他們的假設，他們都發現它相對較高的自轉速度基本上抵消了 Yarkovsky 效應。 似乎引力將是特斯拉軌道命運的仲裁者。
雷恩和他的同事都沒有計劃以追蹤特斯拉的軌道演變為職業，但他們很高興在它上面測試他們的程式碼。 北亞利桑那大學的天文學家克里斯蒂娜·托馬斯也認為這種情況提供了一個獨特的機會。 她說：“多年來，我們已經非常擅長理解導致天體軌道演變的許多因素。” “因此，將特斯拉跑車作為最新的近地天體是測試我們當前模型的一種有趣方式。”
反過來，這些模型有朝一日對於更關鍵的預測至關重要，以預測威脅地球的近地小行星可能在何處以及何時撞擊。 與此同時，貝爾法斯特女王大學的天文學家米歇爾·班尼斯特說，特斯拉“是向人們展示我們用來理解太陽系演變的工具是多麼好的一個好方法……這對於動力學家來說也是一種樂趣。”