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图4-2 月球绕地球公转受力图
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此时的情况有点像不指向北方的指南针：力场（对于指南针来讲是磁力，对于月球来讲是引力）施加了一个将雪茄恢复到平衡位置的校正力矩。具体而言，地球的引力向一个方向扭转月球近地侧的凸起，向相反的方向扭转远地侧的凸起，但是近地侧受到的扭转力要远强于远地侧，因为它距离地球更近。其效果就是对雪茄进行调整，使其强制执行1：1自转轨道共振。
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相比于指南针，一个更形象的比喻是我童年时的一个大受欢迎的玩具，即一个带有圆形底座头轻脚重的不倒翁；如果你试图打翻它，它会自动立起来。月球同样也是头轻脚重的，从这个意义上讲，它近地侧的凸起受到地球引力的作用更强，因此提供了必要的纠正扭矩将月球拉回同步。
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另一种形式的天文同步可能涉及恐龙灭绝。一个永远改变了地球上生命过程的事件，使得小型哺乳动物得以大量繁殖，并进化出了人类。根据路易斯·阿尔瓦雷茨（Luis Alvarez）和沃尔特·阿尔瓦雷茨（Walter Alvarez）父子研究小组以及他们的团队提出的理论，恐龙和许多其他形式的生命突然灭绝是因为某个巨大的物体——也许是一颗小行星，也许是一颗彗星，在约6 500万年前撞击了地球。撞击的破坏力相当于1亿颗氢弹，大火、闷热的天气、有毒的酸雨、遮天蔽日的灰尘和烟雾持续数月，造成了全世界的毁灭。
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为了了解这样的灾难为何与同步相关，我们首先需要了解为什么陨石偶尔会从天空坠落，撞击我们的星球。这些流星被认为是太阳系早期造星失败后的遗留物。那时，尘埃粒子围绕太阳旋转，逐渐合并成巨石，进而聚集成为越来越大的星体，最终形成了我们今天看到的行星。
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由此产生了太阳系最显著的特征之一，即内行星（水星、金星、地球和火星）与下一颗更远的行星——巨大的木星之间的空隙。大多数人对这些星球之间的距离缺乏直观的认识。这些距离似乎高深莫测，难以理解。但我们还是可以在纽约伊萨卡岛感受一下。多亏了一个被称为“萨根行走”（Sagan Walk）的太阳系同比模型，这个名字是为了纪念已故的卡尔·萨根（Carl Sagan），他在康奈尔大学度过了自己大部分的职业生涯。漫步在当地的小镇上，从广场中央的太阳开始，你会立即遇到四颗内行星，每颗约有豌豆大小，分别安装在它们各自的有机玻璃展示架内部。只需几步就可以从一颗走到下一颗，从水星到火星只需要一次短暂的漫步：所有的内行星都在同一个广场上。但要抵达下一个行星，你必须离开下议院沿着大街走几分钟到麋木餐厅，木星就守候在那里。为什么内行星与木星之间有如此巨大的空隙呢？
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事实上，这并不是空隙。在火星和木星之间，有一片由数以百万计围绕太阳运行的岩石组成的区域，统称为小行星带。有些岩石是实心的，而其他的则被认为是松散的碎石堆，其组成部分从沙粒到数公里宽的巨石不等。碎石堆有一种奇怪的统一性；它们是通过彼此间的引力维系在一起的，这与我们熟悉的坚硬岩石不同，坚硬岩石是通过化学键结合在一起的。
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在其他几个方面，小行星带同样是个谜。一方面，它似乎比理论上要稀疏得多。如今，小行星带上所有物质的总量只有月球质量的1/20。尽管它曾经一度包含了足以形成数个像地球一样大的行星的质量，在今天却没有任何这种迹象。它们都去了哪里？
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下面我们将会看到一个与此相关的谜题。一个多世纪以来，天文学家们已经意识到了小行星带上的神秘空隙，即没有小行星存在的环形凿孔，就像老唱片中歌曲之间的间隔一样。1857年，丹尼尔·柯克伍德（Daniel Kirkwood）发现了这一现象，他先前是位小学教师，用学生们使用的教科书学会了代数，后来成为印第安那大学的数学教授。通过钻研天文学家收集的数据，柯克伍德注意到，这些空隙并不是等距的，它们的位置也没有遵循任何明显的规则。
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一个重要的线索出现于1866年，当时柯克伍德将这个难题改写成了一个时间问题，而不是距离问题。他想知道一个假想的小行星在空隙中绕太阳公转一周需要多长时间，通过调用开普勒第三定律（天体与太阳之间的距离和天体公转周期之间的数学关系），柯克伍德可以计算出每一个空隙的轨道周期。例如，在最大的空隙中的一颗小行星围绕太阳公转一周需要大约4年时间：这是一个有趣的数字，因为它正好是木星的轨道周期12年的1/3。同样，另一个空隙中的小行星围绕太阳公转5圈与木星公转2圈的时间相等。事实上，所有的空隙都遵循同一个完美的规则：它们的轨道周期与木星的轨道周期总是满足整数比，例如3：1，5：2，7：3，2：1……
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这些数字不是巧合。这些空隙现在被称为“柯克伍德空隙”，它们是天文同步的迹象。它们暗示木星的引力是“始作俑者”：木星的引力会与任何误入这些空隙中的小行星产生“共振”，有节奏地扰动它，并最终将它掷出小行星带。
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以上便是共振机制的运行原理。我们可以假设，一个公转周期约为4年的小行星，它的公转速度是木星的3倍，对应于3：1的柯克伍德空隙。木星遵循着几乎呈正圆形的公转轨道庄严地行进着，小行星从木星旁边开始前进，然后沿着细长的椭圆形轨道朝太阳冲去。太阳强烈的引力会将小行星吸引到近日点，然后迅速将它送回木星，在相同时间内，小行星公转3圈，木星只公转1圈。在小行星公转第3圈的末尾，它又回到了位于木星旁边的初始状态。换句话讲，小行星与木星的最接近点总是出现在二者轨道中的相同位置处。
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这些亲密接触对于小行星有极强的干扰效应，木星体积巨大，当二者最接近的时候，木星的引力对小行星的吸引最明显。此外，因为相互作用总是出现在轨道上的同一点，因此同样的干扰效应会加倍累积。几百圈后，周期性的拉扯积累到扭曲小行星路径的程度，就会使之变得无序，这大大增加了它离开小行星带的概率。（相比之下，如果小行星不处在3：1共振状态，它最接近木星的点会随机分散在轨道上，从长远看，其整体效果会相互抵消。）
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计算机模拟表明，从小行星带上甩出的小行星倾向于飞向太阳或飞出太阳系。偶尔，它们会与一颗内行星相撞。如果那颗内行星恰好是地球，且这颗小行星比珠穆朗玛峰更大（基于埋在墨西哥尤卡坦半岛下的撞击坑的大小，可以推断出谋杀恐龙的杀手显然是一颗飞向地球的行星），那么你便会发现天文同步对于我们是多么的重要。
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然而，这种说法并没有完全回答第一个谜题。柯克伍德空隙太窄，无法解释所有疑似从小行星带中丢失的质量，认为木星的吸引将其全部弹出的解释似乎极为不可能。天文学家约翰·钱伯斯（John Chambers）和乔治·韦瑟里尔（George Wetherill）最近提出了另一种解答。他们提出，在太阳系诞生初期，几个行星胚胎——有的有火星大小，合并成了小行星带中的岩石（正如它们在其他地方所做的一样，最终形成了我们今天看到的行星）。这些原行星会搅动小行星带中的其他岩石，将它们推入共振地带，主要是弹出，因而使得小行星带变细的速度远快于木星引力单独作用的结果。随着时间的推移，部分甚至所有胚胎行星就会自己进入这些空隙中，它们的结局只能是被弹出小行星带，永远消失。
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天文学家亚历山德罗·莫尔比代利（Alessandro Morbidelli）和乔纳森·卢尼勒（Jonathan Lunine）更进一步推测表示，这些固执的行星胚胎中可能有一个曾经撞上过年轻的地球，撞击导致洪水泛滥，形成了海洋。而关于地球的水来自何处仍是个谜。其他内行星上都没有水，或只有极少量的水。鉴于地球在太阳系中的位置，我们拥有的水似乎远比应得的多。
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传统的解释是，彗星上拥有比其他已知天体更多的水，在地球形成的晚期，有彗星撞击了地球，将水带到了地球上，形成了我们今天看到的江河湖海。但天文学家们也对这一观点提出质疑，因为彗星中的水的化学成分与地球上的水有很大不同。彗星含有较高比例的重水，重水中的氢原子拥有一种罕见的变异，普通的氢原子原子核中只有一个质子，而重水中的氢原子原子核中有一个质子和一个中子。另一方面，人们发现在一些被认为是小行星碎片的富含碳元素的陨星上发现的水与海洋中的水更匹配。
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于是，新的假说随之而来，即地球上拥有巨量的水可能是运气使然，是与一颗小行星带中弹出的冰冻星球撞击的幸运结果。果真如此的话，那么我们必须感谢天文同步，它不仅杀死了恐龙，为我们的祖先腾出生存空间，而且它还提供了生命之源——水。
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宏大的同步可以发生在宇宙这个最大的尺度上，而在最小的尺度上发生的同步可能会更惊人。在物质的深处，此时的振子是电子，它们就像是微观世界中的萤火虫。但与为了寻求数学上的简便而假定萤火虫完全相同不同，这些量子粒子是真的相同。宇宙中的每一个电子都是无法区分的。它们没有年龄，不会破裂或缺损，它们的完美超越我们见到过的一切群体行为。
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在日常生活中，我们习惯于无序形式下的电子，即不合群的惊慌孤立的粒子。驱动烤面包机的电流就是无数狂奔的电子，它们快速冲过灯丝，用它们的“怒气”加热着灯丝。但如果我们取出相同的电子，并对它们进行协调，你便得到了科学界已知的最引人注目的现象之一：数以万亿计的电子步调一致地前进，没有电阻的阻碍便通过金属，没有以摩擦或热的形式耗费任何能量。这种难以想象的光滑导体今天被称为超导。与钟表的同步类似，超导也是偶然之间发现的，在研究温度接近绝对零度，电会发生什么现象时，科学家发现了超导。
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