在準備科學實驗項目時，製作太陽系的微縮模型對孩子們來說就是一個不錯的選擇。他們用上色的泡沫塑料球來模擬各個行星，而各個行星的運行軌跡則用金屬絲代替。即使在今天，當許多成年人想起太陽系這個名詞時，他們腦海裡浮現出的是一串同心圓：太陽處在圓的中心位置，而距離太陽越遠的行星所在的同心圓就越大。
如果按照以上想法來做太陽系的微縮模型，成品看起來可能還不錯。但實際上，這種認識是不正確的。在太陽系中，行星運行的軌道並不是正圓形，而是橢圓形（對太空中絕大多數的行星而言）。
可是話又說回來，既然軌道是由重力，慣性以及質量所決定的重複模式，那為什麼軌道就不能是一個正圓呢？
四種可能出現行星軌道
形成軌道的前提在於：兩個有質量的天體之間存在著萬有引力，且這種引力會影響這兩個天體在太空中的運動。這是天文物理學中的一條基本原則。我們通常將一個大型天體的軌道和一個相對較小的天體的軌道放在一起觀察。通過對比，你可以看到大型天體看起來相對穩定，而較小的天體則在做著「繞軌道運動」。但是為了更好地理解「軌道」，你還需要考慮兩個天體所釋放的能量及其對軌道形狀的影響。
就拿太陽來舉個例子。當一個天體接近太陽時，根據其自身的能量及軌跡的不同，就可能會出現四種形狀的軌道。這四種形狀分別為：螺旋形，雙曲線形，橢圓形，或者正圓形。
（圖解：四種不同形狀的軌道。 圖源：谷歌）
由於天體自身質量太小或是能量太低，太陽的引力就會使其傾斜到一個陡峭的角度，這時就會出現螺旋形的軌道。其實天體圍繞著太陽做螺旋式運動很難被稱作一個軌跡，但隨著時間推移，這個天體會不斷朝著太陽墜落，直到它撞擊到太陽表面。
（圖解：有的天體沿著螺旋形軌道隨太陽移動。 圖源：百度）
當一個天體擁有極快的速度或是距離太陽較遠時，那麼這時就可能出現雙曲線形的軌道。天體的運動軌跡會朝著太陽彎曲，並會向著太陽靠攏。但它的速度與距離最終會使其路徑越過太陽，同時也不會讓它進入重複的軌道。雙曲線軌道與圓形軌道和橢圓形軌道不同的是，在天體形成一個類似「U」形的軌道後，它會帶著天體繼續飛往宇宙深處，一去不復返。
（圖解：天體的雙曲線形軌道。 圖源：谷歌）
正圓形軌道就是很多小朋友所認為的太陽系中各行星軌道的形狀。但事實上，除了一些距離太陽較近的行星的軌道是接近圓形的（地球的軌道就接近一個正圓），一個正圓形的軌道是很難形成的。其形成條件極其嚴苛：天體釋放到太陽系的能量所形成的軌道的離心率必須要為0。因此形成正圓形的軌道從理論上來講是可能的，但在宇宙中十分罕見。
而橢圓形的軌道便是太陽系中各個行星軌道在現實中所存在的樣子。而橢圓形的軌道也比正圓形軌道常見得多。當一個天體質量太小或是速度太慢時，它就無法擺脫太陽的引力，這時它就會進入一個重複的橢圓形軌道。而在天體進入太陽系的過程中，天體自身攜帶的能量及其軌跡會對軌道產生很大影響。此外，這種軌道也會受到其他做軌道運動的天體的引力的影響。以上提到的因素，再加上很多其他因素，都是天體形成正圓軌道的「絆腳石」。
（圖解：天體的橢圓形軌道。 圖源：百度）
物理學家普遍贊成橢圓形軌道的說法
試想：一個天體以高速與太陽擦身而過，這時的天體只有一個在大爆炸，即是它出生時所獲得的速度。而當在它接近太陽時，一種新的力——太陽的引力，作用於這個天體，迫使這個天體圍繞著太陽運動。但當這個天體朝著太陽墜落時，除了受到太陽引力的影響，還會受到另外一種因素的影響，那就是由於太陽引力而產生的加速度。天體本身的速度加上這個加速度則會保證這個天體不被吸入太陽。這樣一來，天體就以一個橢圓形的軌道圍繞著太陽運行。
簡言之，一個行星的路徑和速度會持續受到來自太陽的引力的影響，但無論如何這顆行星都會被太陽的引力拉回到它身邊，而這個過程會在這顆行星經歷過太陽的拋物運動後開始。當這種拋物線狀的軌跡生成後，橢圓形的軌道也就形成了。
（圖解：克卜勒第一定律，即每一行星沿各自的橢圓軌道環繞太陽，而太陽則處在橢圓的一個焦點上。 圖源：百度）
慣性和引力必須以一種特定的方式結合起來，才能夠形成軌道。由於還有許多其他因素都會影響天體的速度和軌跡（比如其他天體的質量或引力），因此形成一個正圓形的軌道幾乎是不大可能的。
不過，如果你打算成為一位天體物理學家，你也可以將找到更多的正圓形軌道作為你的職業目標~
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. Ent-sciabc
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