行星绕着它们的母恒星运行，它们之间相隔很远——在我们的太阳系中，行星就像足球场大小区域里的沙粒。行星绕太阳公转的时间彼此之间没有特定的关系。
但有时，它们的轨道显示出惊人的模式。例如，天文学家研究了六颗绕着一颗100光年远的恒星运行的行星，他们刚刚发现，这些行星围绕着它们的恒星运行的节奏几乎是有节奏的，而且是完全同步的。每一对行星完成它们的轨道的时间都是整数的比例，这使得行星在它们的轨道上对齐并对另一个行星施加引力。
这种类型的引力排列被称为轨道共振，它就像遥远行星之间的和谐。
我是一名研究和写作宇宙学的天文学家。在过去的30年里，研究人员已经发现了超过5600颗系外行星，它们非凡的多样性继续让天文学家感到惊讶。
2500年前，希腊数学家毕达哥拉斯通过分析铁匠的锤子和拨弦的声音，发现了音乐和谐的原理。
他认为数学是自然世界的核心，并提出太阳、月球和行星各自根据其轨道特性发出独特的嗡嗡声。他认为这种“球体的音乐”对人耳来说是难以察觉的。
四百年前，约翰内斯·开普勒提出了这个观点。他提出，音程和和声描述了当时六颗已知行星的运动。
对开普勒来说，太阳系有两个基地，木星和土星;男高音马尔斯;两颗卫星，金星和地球;还有女高音墨丘利。这些角色反映了每颗行星绕太阳公转所需的时间，外行星的速度较低，内行星的速度较高。
他把自己写的关于这些数学关系的书叫做《世界的和谐》。虽然这些想法与轨道共振的概念有一些相似之处，但行星实际上并不会发出声音，因为声音不能在太空的真空中传播。
当行星或卫星的轨道周期是整数的比率时，就会发生共振。公转周期是行星绕恒星一周所花费的时间。举个例子，两颗行星围绕一颗恒星运行时，其中一颗行星绕恒星运行所需的时间是另一颗行星的两倍，那么这两颗行星就会形成2:1的共振。共振只出现在5%的行星系统中。
在太阳系中，海王星和冥王星的共振比例是3:2。木星的三颗卫星:木卫三、木卫二和木卫一之间也有4:2:1的三重共振。木卫三绕木星一圈，木卫二绕两圈，木卫一绕四圈。共振是自然发生的，当行星的轨道周期恰好是整数的比率时。
音程描述两个音符之间的关系。在音乐的类比中，基于频率比率的重要音程是第四，4:3，第五，3:2和八度，2:1。弹吉他或弹钢琴的人都能认出这些音程。
轨道共振可以改变重力对两个物体的影响，使它们加速、减速、稳定在轨道上，有时还会破坏轨道。
想象一下推着秋千的孩子。行星和秋千都有一个固有频率。给孩子一个与摇摆动作相匹配的推，他们就会得到刺激。如果你每隔一次或每三次推动他们，他们也会得到提升。但在任意时间推它们，有时是随着秋千的运动，有时是相反的，它们没有得到提升。
对于行星来说，这种推力可以使它们继续沿着轨道运行，但更有可能破坏它们的轨道。
系外行星，或太阳系外的行星，显示出惊人的共振例子，不仅在两个物体之间，而且在涉及三个或更多物体的共振“链”之间。
Gliese 876恒星有三颗轨道周期比为4:2:1的行星，就像木星的三颗卫星一样。开普勒223有四颗行星，比例为8:6:4:3。
红矮星开普勒80有5颗行星，比例为9:6:4:3:2,TOI 178有6颗行星，其中5颗在共振链上，比例为18:9:6:4:3。
TRAPPIST-1是记录保持者。它有七颗类地行星，其中两颗可能适合居住，轨道比为24:15:9:6:4:3:2。
谐振链的最新例子是HD 110067系统。它距离地球约100光年，有6颗亚海王星行星，这是一种常见的系外行星，轨道比为54:36:24:16 12:9。这一发现很有趣，因为大多数共振链是不稳定的，会随着时间的推移而消失。
尽管有这些例子，共振链是罕见的，只有1%的行星系统显示出它们。天文学家认为行星是在共振中形成的，但经过的恒星和流浪的行星的微小引力推动会随着时间的推移消除这种共振。在HD 110067中，共振链已经存在了数十亿年，提供了一个罕见的、原始的系统形成时的视图。
天文学家使用一种叫做声化的技术将复杂的视觉数据转化为声音。它为人们提供了一种不同的方式来欣赏哈勃太空望远镜拍摄的美丽图像，并已应用于x射线数据和引力波。
对于系外行星，声波可以传达它们轨道的数学关系。欧洲南方天文台的天文学家通过将五颗行星中的每一颗行星的五声音阶联系起来，为TOI 178系统创造了他们所谓的“球体音乐”。
TRAPPIST-1系统也进行了类似的音乐转换，将轨道频率放大了2.12亿倍，使其进入可听范围。
天文学家还为HD 110067系统创建了一个声音系统。人们可能不同意这些演绎是否听起来像真正的音乐，但看到毕达哥拉斯的思想在2500年后实现是令人鼓舞的。
由The Conversation提供
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引文:轨道共振:由轨道对齐的行星完成的引人注目的引力舞蹈(2024年2月3日)检索自https://phys.org/news/2024-02-orbital-resonance-gravitational-planets-aligning.html
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