圖片來源：美國宇航局，地球軌道上的國際空間站。

使衛星繞地球運行似乎是世界上最簡單、最自然的事情。畢竟，40多億年來，月球一直在不間斷地繞地運行，而且，它的運行沒有任何把戲。可是如果把我們在太空中單獨放置的繞地衛星放在那里僅僅數年或數十年，它們就會重新進入大氣層，要么燃燒起來，要么撞向地面和海洋，就像許多衛星和航天器以前常干的那樣。

圖片來源：美國宇航局，ATV-1衛星重返大氣層。

此外，如果我們觀察所有其他行星的自然衛星，它們都比環繞地球的人造衛星遠得多。例如，國際空間站（ISS）每90分鐘繞地球運行一次，而我們的月球繞地球運行需要將近一個月的時間。即使是那些以接近行星而聞名的衛星——比如木星周圍的木衛一，在那里火山爆發時潮汐力加熱并撕裂世界——在它們的軌道上也是穩定的。

木衛一預計將在我們太陽系剩余的生命周期內保持在圍繞木星的軌道上，而如果不采取任何進一步的措施，國際空間站將在不到20年的時間內自行脫離軌道！幾乎所有目前處于近地軌道的衛星都面臨同樣的命運：到下個世紀到來時，我們現在的幾乎所有衛星都將重新進入地球大氣層，要么完全燃燒，要么更大的衛星（國際空間站重達431噸！），將分成大塊，撞擊地面和海洋。

圖片來源：伊·道恩博斯，代爾夫特理工大學，關于大氣密度是如何隨海拔變化的。請注意，密度不會降到零，即使超過了空間開始位置的定義。

）大氣阻力。這是迄今為止最大的影響，這也是低地球軌道如此不穩定的原因。其他衛星——比如地球同步衛星——也會衰變，但不會在如此短的時間尺度上。我們通常把“空間”定義為向上超過100公里（62英里）的任何東西：卡爾曼線。但任何像這樣的定義，例如空間的起點和行星大氣的終點，都是人為的。實際上，大氣粒子可以繼續任意地向高海拔地區延伸，只是移動地越遠，密度就會越來越小。最終，密度會降得很低——低于每立方厘米1微克，或納米，或皮克——你會說“我們是真實存在著的”。但是原子在大氣層中存在數千公里（或英里），當衛星與這些原子碰撞時，它們失去動量并減速。這就是為什么近地軌道衛星如此不穩定。

圖片來源：美國國家航空航天局/戈達德宇宙飛行中心，太陽風如何與火星高層大氣相互作用，但受地球磁場影響而偏離地球。

太陽風粒子。太陽不斷地發出一股高能粒子流，其中大部分是質子，也有電子和氦原子核，它們與遇到的任何東西都會發生碰撞。這些碰撞也會改變與之相撞的衛星的動量，平均來說會減慢它們的速度。在足夠長的時間尺度上，它們也會導致軌道的衰變。雖然這不是近地軌道衛星衰變的主要原因，但其對于更遠的衛星的影響不容小覷，它會使它們向內移動，直到大氣阻力接管為止。

地球重力異常圖。圖片來源：美國國家航空航天局/重力恢復和氣候實驗。

3）不完美的地球引力場。如果地球沒有像水星或月球那樣的大氣層，我們的衛星能永遠留在軌道上嗎？不，即使沒有太陽風。這是因為地球——和所有行星一樣——不是點狀質量，而是一個具有不規則引力場的結構。這個引力場，以及衛星繞行星運行時其內部的變化，都會對其產生潮汐力。當這些衛星靠近吸引的物體時，它們會感受到更強的引力，而當它們遠離吸引的物體時，它們會感受到較弱的引力，而這些差異正是導致地球潮汐的原因。它們還會導致像木衛一這樣的東西在木星周圍分裂，最終失去動量并脫離軌道。雖然時間尺度比大氣阻力要長得多，但衛星離地球越近，這些力就越大。

圖片來源：美國國家航空航天局

太陽系其他星體的引力影響。地球并不是一個完全孤立的系統，也不是衛星唯一的引力來源。不；月球、太陽和所有其他行星、彗星、小行星等都會產生一種擾動引力，這種擾動引力不僅會導致軌道移動，而且會隨時間（平均）而衰減。即使地球是一個完美的點——比如說它縮小為一個不旋轉的黑洞——沒有大氣層，衛星都被100%的太陽風屏蔽，這些衛星最終還是會衰變，螺旋狀地進入地球中心。它們在軌道上生存的時間理應比太陽的壽命還長，但它仍不是一個完全穩定的系統；衛星的軌道仍然會坍塌。

圖片來源：派爾/加州理工學院/麻省理工學院/理格實驗室

5.）相對論效應。牛頓定律——以及傳統的開普勒軌道——都無法解釋。同樣的力導致水星的軌道以每世紀43英寸的速度旋進，也會導致軌道以如此緩慢的速度衰減，并在衰減時釋放出引力波。對于弱引力場（就像我們在太陽系中發現的那樣）來說，衰變速度是非常緩慢的：地球自轉進入太陽需要大約10^150年的時間，而低地球軌道衛星的衰變速度要比這小幾十萬倍。即使如此，這種衰變力還是存在的。它對行星附近的衛星遠比遠離該行星的衛星更有效。這是廣義相對論的必然結果。

圖片來源：美國宇航局/美國加州理工學院/亞利桑那大學，來自火星勘測軌道器的火衛一（顏色增強）。

這些衰變特征不僅影響到我們的人造衛星，也影響到我們在環繞其他星球的軌道上發現的一些自然衛星！例如，火星最深處的衛星火衛一，由于潮汐力的作用，注定要解體，并旋進這顆紅色行星的大氣層。盡管火星的大氣層只有地球大氣層的1/140，但火星的大氣層仍然很大且彌漫，此外，火星沒有太陽風的遮擋（不像地球有磁場），導致火衛一幾千萬年來都在不斷的衰亡。這似乎是段不短的時間，但是在太陽系的生命周期中，它僅僅是我們存在時間的1%！

圖片來源：美國宇航局/康奈爾大學，伽利略太空船，木星最里面的衛星梅蒂斯。

木星最近的衛星也不是木衛一，而是梅蒂斯，被神話迷們視為宙斯的第一任妻子。在木衛一的內部有四顆小衛星，其中距離木衛一最近的就是梅蒂斯。它距離木衛一的大氣層只有約0.8個木星半徑。對于木星來說，大氣和太陽風都不是造成衰變的主要原因；梅蒂斯軌道半軸僅有128000公里，受到巨大的潮汐力作用，這將成為該行星旋進木星的主要原因。

潮汐力有時真的占主導地位，這里有個鮮明的例子：慧星“鞋匠萊維9號”，它于1994年與木星碰撞，后來完全被潮汐力撕裂！對于任何大型衛星軌道接近一個巨大的物體來說，這都是個重要的因素，也是所有旋進母星的衛星的最終命運。

圖片來源：維弗，史密斯（太空望遠鏡科學研究所）和美國宇航局，彗星“鞋匠萊維9號”在接近與木星碰撞的過程中碎裂。

每一個因素都會使任何衛星從根本上不穩定。如果給予足夠的時間和其他穩定的效果的缺乏，所有事物最終都會衰退。只是在低地球軌道上，大氣阻力是如此之大，以至于衰變發生的時間尺度小于人類壽命！盡管所有的軌道都是不穩定的，但有些軌道較之其他軌道更不穩定。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. forbes-小草莓er

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