三体问题又出现了600多个新的周期性轨道，地球人请注意

三体问题是天体力学中的基本力学模型，它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。...



来源 | phys.org

翻译 | 张克文

审校 | 王妍琳



六种新发现的三体周期轨道。蓝线：天体-1的轨道；红线：天体-2的轨道；黑线：天体-3的轨道。

三体问题在科幻界享有极高的知名度，最早可以追溯到十七世纪八十年代的牛顿时期。三体问题是天体力学中的基本力学模型，它是指三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力的作用下的运动规律问题。它有无数种可能的运动轨迹，最简单的例子就是太阳系中太阳，地球和月球的运动。三体问题是一个混沌动力学系统，对初始条件十分敏感，随着时间的增长初始的微小误差会被无限放大，因此没有一般形式的稳定解。

1890年，庞加莱证明了一般情况下三体系统运动的轨迹不是周期性的，即不可重复。这可以解释为什么在三体问题被提出后的300年里，人们只找到了3组周期性特解。在2013年，塞尔维亚物理学家Suvakov和Dmitrasinovic在这个问题上取得突破性进展，他们发现了13个不同的平面周期性轨道。如今，来自中国的上海交通大学的两位研究人员，李晓明博士和他的导师廖世俊，使用广州的超级计算机天河2号成功的找到了695类三体问题的平面周期性轨道。他们的成果最近发表在了《中国科学-物理学力学 天文学》中。轨道的动画请看这里。

在这695类周期性轨道中，不仅包括著名的由摩尔在1993年提出八字型轨道、上文提到的Suvakov和Dmitrasinovic在2013年发现的轨道，还包括超过600多类第一次被发现的轨道。两位科学家使用了精准数值模拟（CNS），这一方法是由廖世俊教授在2009年提出的求解混沌动力系统可靠轨迹的计算方法，它主要基于足够高阶的泰勒级数和足够多字长的多倍精度（MultiplePrecision）数据,加上一个收敛／可靠性的检测。CNS这一数值模拟方法可以十分有效的减少截断误差和舍入误差,以至于数值噪音可以在求解的时域内忽略不计，从而获得三体问题的更多周期解。

据研究人员介绍，600多个新周期轨道的发现主要归功于计算机科学的发展以及新的数值模拟方法（CNS）的使用。值得关注的是其中243类新发现的周期性轨道都是由CNS发现的。这表明CNS优于传统算法的强大创新性，它将会为科学带来新的发现。

原文链接：https://phys.org/news/2017-10-scientists-periodic-orbits-famous-three-body.html

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