在准备科学实验项目时，制作太阳系的微缩模型对孩子们来说就是一个不错的选择。他们用上色的泡沫塑料球来模拟各个行星，而各个行星的运行轨迹则用金属丝代替。即使在今天，当许多成年人想起太阳系这个名词时，他们脑海里浮现出的是一串同心圆：太阳处在圆的中心位置，而距离太阳越远的行星所在的同心圆就越大。

如果按照以上想法来做太阳系的微缩模型，成品看起来可能还不错。但实际上，这种认识是不正确的。在太阳系中，行星运行的轨道并不是正圆形，而是椭圆形（对太空中绝大多数的行星而言）。

可是话又说回来，既然轨道是由重力，惯性以及质量所决定的重复模式，那为什么轨道就不能是一个正圆呢？

四种可能出现行星轨道

形成轨道的前提在于：两个有质量的天体之间存在着万有引力，且这种引力会影响这两个天体在太空中的运动。这是天文物理学中的一条基本原则。我们通常将一个大型天体的轨道和一个相对较小的天体的轨道放在一起观察。通过对比，你可以看到大型天体看起来相对稳定，而较小的天体则在做着“绕轨道运动”。但是为了更好地理解“轨道”，你还需要考虑两个天体所释放的能量及其对轨道形状的影响。

就拿太阳来举个例子。当一个天体接近太阳时，根据其自身的能量及轨迹的不同，就可能会出现四种形状的轨道。这四种形状分别为：螺旋形，双曲线形，椭圆形，或者正圆形。

（图解：四种不同形状的轨道。图源：谷歌）

由于天体自身质量太小或是能量太低，太阳的引力就会使其倾斜到一个陡峭的角度，这时就会出现螺旋形的轨道。其实天体围绕着太阳做螺旋式运动很难被称作一个轨迹，但随着时间推移，这个天体会不断朝着太阳坠落，直到它撞击到太阳表面。

（图解：有的天体沿着螺旋形轨道随太阳移动。图源：百度）

当一个天体拥有极快的速度或是距离太阳较远时，那么这时就可能出现双曲线形的轨道。天体的运动轨迹会朝着太阳弯曲，并会向着太阳靠拢。但它的速度与距离最终会使其路径越过太阳，同时也不会让它进入重复的轨道。双曲线轨道与圆形轨道和椭圆形轨道不同的是，在天体形成一个类似“U”形的轨道后，它会带着天体继续飞往宇宙深处，一去不复返。

（图解：天体的双曲线形轨道。图源：谷歌）

正圆形轨道就是很多小朋友所认为的太阳系中各行星轨道的形状。但事实上，除了一些距离太阳较近的行星的轨道是接近圆形的（地球的轨道就接近一个正圆），一个正圆形的轨道是很难形成的。其形成条件极其严苛：天体释放到太阳系的能量所形成的轨道的离心率必须要为0。因此形成正圆形的轨道从理论上来讲是可能的，但在宇宙中十分罕见。

而椭圆形的轨道便是太阳系中各个行星轨道在现实中所存在的样子。而椭圆形的轨道也比正圆形轨道常见得多。当一个天体质量太小或是速度太慢时，它就无法摆脱太阳的引力，这时它就会进入一个重复的椭圆形轨道。而在天体进入太阳系的过程中，天体自身携带的能量及其轨迹会对轨道产生很大影响。此外，这种轨道也会受到其他做轨道运动的天体的引力的影响。以上提到的因素，再加上很多其他因素，都是天体形成正圆轨道的“绊脚石”。

（图解：天体的椭圆形轨道。图源：百度）

物理学家普遍赞成椭圆形轨道的说法

试想：一个天体以高速与太阳擦身而过，这时的天体只有一个在大爆炸，即是它出生时所获得的速度。而当在它接近太阳时，一种新的力——太阳的引力，作用于这个天体，迫使这个天体围绕着太阳运动。但当这个天体朝着太阳坠落时，除了受到太阳引力的影响，还会受到另外一种因素的影响，那就是由于太阳引力而产生的加速度。天体本身的速度加上这个加速度则会保证这个天体不被吸入太阳。这样一来，天体就以一个椭圆形的轨道围绕着太阳运行。

简言之，一个行星的路径和速度会持续受到来自太阳的引力的影响，但无论如何这颗行星都会被太阳的引力拉回到它身边，而这个过程会在这颗行星经历过太阳的抛物运动后开始。当这种抛物线状的轨迹生成后，椭圆形的轨道也就形成了。

（图解：开普勒第一定律，即每一行星沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点上。图源：百度）

惯性和引力必须以一种特定的方式结合起来，才能够形成轨道。由于还有许多其他因素都会影响天体的速度和轨迹（比如其他天体的质量或引力），因此形成一个正圆形的轨道几乎是不大可能的。

不过，如果你打算成为一位天体物理学家，你也可以将找到更多的正圆形轨道作为你的职业目标~