多体加速度
每一步都要用所有天体的新位置,重新计算两两之间的引力。
引力 · 初态与演化
为什么多加一个天体,就失去了通用的轨道公式? 三个天体互相牵制:每一个的运动都在改变另外两个受的力,这些力又反过来改变它自己的运动。除了少数特殊解,这种运动写不出通用的解析公式,只能一步步数值积分,再用守恒量检查算得对不对。
看三个天体沿 8 字形互相追逐,看拉格朗日三角形整体旋转,再看一颗来客从双星旁经过。给其中一个天体一点速度变化,把原来和改动后的两组轨迹叠在一起回放,再用守恒量检查数值结果。
物理教程
背景三个天体里,每一个都在不断改变另外两个的运动。两体问题可以化成一个相对坐标来解,三体系统一般没法这样完全拆开。
为什么值得理解研究太阳系的长期稳定、恒星系统和航天任务,靠的都是数值积分,而不是一条闭式公式。三体问题正好说明了原因。
先抓重点
每一步都要用所有天体的新位置,重新计算两两之间的引力。
内部引力两两成对抵消,所以孤立系统的质心应做匀速运动。
容易误解既然没有公式,就不能预测三体运动。
正确理解数值积分能把有限时间内的运动算得很准;缺的只是一个对任意初始状态都适用的简单表达式。
容易误解轨迹不规则,说明能量或动量不守恒。
正确理解混沌轨迹仍然受守恒量限制;反过来,守恒也不能保证运动是周期的。
选择“8 字轨道”并打开轨迹。
你会看到: 三个质量相同的天体一个接一个,沿同一条闭合曲线运动。选择“微扰三角形”,改变速度微扰后重新生成轨迹,比较实线与虚线。
你会看到: 两条轨迹的分离随时间变化。分离在有限时间里变大,本身还不能证明混沌;稳定轨道附近的小扰动也可能始终有界。观察白色质心标记,以及能量、动量和角动量记录。
你会看到: 轨迹很复杂,整个系统的守恒量却基本不变。