正圓軌道執行耍求很高，譬如，不能存在其他行星，否針會影響地球的執行。另外對地球的要求也很高，耍求地球的能量.動量滿足一定條件，並且地球執行方向耍垂直於日地連線。

顯然地球是不可能滿足這些條件的，退一步說，邵使地球勉強在正圓軌行執行，在受到那怕一點點微小的擾動，它都會改變到橢圓軌道執行。所以可以說只有橢圓軌道才是穩定態（繞行態）最常見的軌道。

你好。

不是有人說。

這個說法出自於開普勒第一定律：太陽系中的所有行星圍繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。

開普勒第一定律是透過觀測總結出來的。直到後來對萬有引力展開研究，牛頓才解開了為何行星運動軌道是橢圓形的原因，他為此寫下了《論運動》。

而現在，我們可以透過向量分析來解釋這個問題。

首先對於行星的角動量進行求導，發現導數為零，可知角動量L=mrvsinθ。

然後進行計算，計算當中出現一些難以打出的算符，我把計算過程附在圖片裡了。（L²是個常數忘寫了）

最後證出r的極座標函式影象是一個圓錐曲線，將行星相關資料代入發現為橢圓

科學證明與觀察，星系基本都是以橢圓軌道運動的。

就那我們的太陽系來說，八大行星都是以橢圓軌道運動。

以地球為例，為什麼是橢圓軌道而不是圓形軌道呢?

第一，是因為星體的不規則形狀或某個部分的質量密度不同造成的，在萬有引力作用下造成受力不均。

第二，同時受到其它星球引力的牽扯。另外的行星或恆星對地球施加了外力作用。

第三，星系形成之處，星系進入軌道的角動量不同。角動量不同的地方必然呈現不規則軌道。

第四，受到太陽公轉與自轉的影響。太陽也是圍繞銀河系以橢圓軌道運動的，同時太陽也在自轉。

正因為地球以橢圓軌道的繞日公轉，才有近日點和遠日點，進而產生了春夏秋冬。在億萬年的四季歷程之中，才有了地球生物的生生不息！

這幾天一直在寫我的專欄《物理的門道》裡面就涉及到了這部分內容，所以我就來回答一下這個問題。其主要原因是因為早期觀測得比較粗略，因為“沒看清”，大家在認識上就認為行星軌跡應該是個圓，隨著觀測的精確度越來越高，終於發現原來這個圓也不怎麼圓，是個橢圓了。

大家應該都知道有個成語叫做“管中窺豹”吧，就是用一根中空的管子去看東西只能看到物體的區域性。其實古人觀星，為了看清楚就是採用這樣的方法。弄一根中空的管子，透過中心的小孔來看星星。這樣的一根管子，可以把視野控制在某個小區域內，同時排除星光和月光的干擾。

古人觀星最早的管子是竹管，後來有了玉質的管子，青銅管和鐵管等等。早期的這些管子都是手持的。手持的管子有個明顯的缺陷，那就是手會抖啊，所以好不容易瞄準了一個星星，手一抖它就丟擲視野了。為了解決這個問題，古人把管子掛在了一個架子上，並安裝了能旋轉的軸。

隨著數學和幾何的發展，人類發現，當這跟管子對準某顆行星的時候，可以用管子的軸向與垂直方向，水平方向，地平面之間的夾角可以測量，用這些角度值來標記行星在天球上的位置。象限儀就這樣被髮明瞭。

後來，直到丹麥天文學家第谷，把這個裸眼觀星的方法發揮到了極致，建造了當時世界上最大的天文臺，耗時16年，對行星尤其是火星進行了精確的觀測，獲取了裸眼觀星能夠達到的最精確的火星軌道資料（那些角度值）。

這裡需要先說一下的是，在開普勒之前，從來沒有人去計算過，行星軌道究竟是什麼形狀的。這裡一是因為，觀測很粗略，也計算不出來；二是因為，當時的人們認為圓是優美的，所以想當然的就認為行星軌道應該是圓形。

隨著古人觀測發現，行星軌道跟圓形有出入，但他們也沒想到是軌道形狀問題，而是透過新增本輪的辦法來修正。

第谷臨死的時候，把自己所有的觀測資料都留給了他的學生——開普勒。第谷活著的時候，對開普勒並不認同，因為第谷自己弄出來一個地心說和日心說的結合體，而開普勒相信日心說。

但開普勒的計算能力在當時是首屈一指的，他拿到第谷的觀測資料的時候，利用這些資料，對火星軌道進行嚴格的計算。要知道，每一次計算，需要幾百頁紙，而開普勒這樣的計算做了70次，耗時5年。

開普勒用這5年時間，得到了開普勒第一定律和第二定律。

開普勒首先嚐試計算地球圍繞太陽的執行軌道。出於簡化的目的，在分析的時候假設火星軌道平面和地球軌道平面是完全重合的。但實際上，它們之間是交叉的，並不完全重合，只是這個夾角非常小，所以這樣處理所產生的誤差可以忽略不計。

第一，將火星、太陽和地球的位置分別記為M、S和E（就是它們英文名稱的首字母）

第二，當時的人們已經知道，地球繞太陽執行的週期為365天，火星繞太陽執行的週期為687天，

第三，找到一個地球位於火星和太陽中間，且三者排成一條直線的時間點，這就是我們開篇就提到的火星大沖點，把這個時間標記為t0，將這個時間點地球所在的位置標記為E0。注意，太陽S與地球E0的平均距離SE0是未知的，此時火星的位置為M

第四，687天后的時間為t1，此時火星再次到達M點，將此時地球的位置標記為E1，注意此時太陽與地球的平均距離SE1同樣未知。由於從地球上看到的太陽的角度變化可以透過每天的觀測資料獲得，因此可以知道時間點t1時∠E0SE1=θ1。根據觀測資料可以得到從地球看到的太陽和火星之間的角度∠SE1M=φ1。

第五，已知θ1和φ1可以確定△MSE1的形狀，因此我們可以求出時間點t1時的地球到太陽的距離SE1與地球到火星距離SM的比值。

第六，再經過687天后的時間點標記為t2，此時按照前面的演算法，可以求出∠SE2=φ2，以及地日距離與地火距離的比值。

第七，重複上面的過程，可以求出在時間點t1、t2、t3、……時以太陽為中心的地球極座標。

第八，現在已經知道地球軌道上的點E0、E1、E2、……，將各個點所對應的時間點t1、t2、t3、……分別減去365的對應的整數倍，就可以得到在圍繞太陽公轉一週的範圍內，地球經過軌道上這些點的時間。

第九，已知軌道上的點所對應的時間，就可以求出以日火平均距離為單位的地球執行速度。

開普勒最初把地球軌道看做是圓形，透過把計算得到地球執行速度與地球的測量速度做對比，很容易發現，測量值與計算值之間的差異。

我現在要提出一個問題，如果計算值和測量值出現了差異，我們應該相信哪個是正確的呢？毫無疑問是計算的問題。開普勒使用了各種方法來處理資料都無法滿足地球軌道是個圓形的要求，就這樣，他發現地球軌道不是一個圓形，而是個橢圓軌道。

橢圓軌道的方程，與計算值高度吻合。後來開普勒又計算了其它行星的軌道，發現，它們都與橢圓軌道高度吻合。觀測值與計算值在誤差範圍內高度一致。

這就是行星軌道是橢圓軌道的發現過程。

第谷和開普勒的工作，為天文學拉開的序幕，也為人類推開了科學的大門。正是因為開普勒的工作，才在100年後誕生了萬有引力理論。除了發現了正確的行星軌道，開普勒最大的貢獻在於，提供了以觀察事實為依據，研究天體運動規律的方法。

好吧，它確實是橢圓的，至於為什麼是橢圓的，這是一個複雜的數學問題，我查閱了一些資料，可以用一個通俗易懂的方式來解釋這種軌道現象。

從亞里士多德(Aristotle)到哥白尼(Copernicus)，每一個建立了太陽系模型的人都喜歡圓來表達。

雖然哥白尼正確地推斷出地球繞著太陽轉，而不是太陽繞著地球轉，但他還是在他的行星運動模型中使用了圓。

似乎圓給人一種更加合理的感覺，就像你提出這個問題一樣。

在哥白尼之後，由丹麥國王資助的第谷·布拉赫擁有當時最好的觀測恆星和行星運動軌跡的裝置，以及一個大型的私人天文臺來獲取極其精確資料。

當時只有他能夠製作出比任何人都精確十倍的星圖，但比他稍微晚一點的開普勒比他更優秀，因為他還是數學家。

圖為：第谷渾儀

開普勒迫切地想要得到布拉赫的星圖，以及他的天文臺和裝置的使用權，也正因為如此，許多人認為是開普勒毒害了布拉赫。

當開普勒終於擁有了布拉赫的一切後，他更準確地研究太陽系，他計算出行星運動軌道橢圓的合理性，但他仍然不知道為什麼行星是橢圓運動的。

之後我們的主角登場了，他就是牛頓，在艾薩克·牛頓用微積分來回答這個問題前，沒有人知道行星為什麼會在橢圓軌道上執行。

微積分解釋了行星為什麼在橢圓軌道上執行，但畢竟很多人想到數學就頭痛，那就繼續往下看吧。

一種解釋這種軌道的方法是從飛機上丟硬幣的假設，當硬幣落向地面時，它會越來越快地下落(這裡忽略空氣阻力，在不忽略阻力的情況下它很可能達到終端速度)，直到它撞擊地面。

現在，如果以更快的速度在飛機上以不同的角度丟擲硬幣，這樣它只會接近地球而不是掉到地面，實際上它會開始繞地球軌道執行。

開始硬幣會越來越快地下落，直到它經過地球，然後，就像一顆子彈射向空中，硬幣會在飛過地球后開始減速。

根據開普勒第二定律，硬幣的最快速度是在最接近地球的地方(近地點)，最慢速度是最遠點。

物體在軌道上執行的基本原理是：當它們靠近它們軌道上的物體時，它們會越來越快；

就像我們的硬幣，開始會越來越快，一旦它繞著地球飛過來，就會被扔到很遠的地方，然後就會慢下來。

硬幣的運動就像彈簧一樣，向行星下落，然後飛走，但與此同時，它以彈簧運動的方式做圓周運動。

所有軌道都有一個週期，在每個軌道上，這種先靠近後遠離的運動就形成了一個橢圓。

軌道上運動的物體，速度在最近的點最大，在最遠的點最小，這是最合理的。

想象一下，低速使它靠近，而高速使它遠離，而軌道上物體的總能量(動能加上勢能)保持不變。

這是因為八大行星在圍繞太陽公轉時，太陽引力起的作用，當物體旋轉時，離心力會把中部推開，把頂部拉回來，這發生在一個球體身上時，會最終使這個球體不再是一個球體，而是成為圍繞著太陽旋轉的圓盤。行星也來自於這個圓盤。

宇宙日光熱層溫度控內各星；

行星存在旋運活的立體空間；

差異物構體積適應溫度求進；

場內冷熱迴圈十字壓焓圖致。

關於行星軌道，其實所有天體的運動軌道都不會是圓形或者直線，這是由天體之間的質量和運動決定的。

宇宙裡沒有絕對完美的球狀天體，也不存在完美的二體運動。因此首先天體的不規則造成了引力在各個方向上有微弱的差異，而引力又是長程作用力，因此每個二體之間，都還會受到其他天體的引力干擾。所以，天體之間的運動軌道是不存在完美的圓形的。

就算是人為將某個小天體的執行軌道改為圓形，那麼用不了多久，他的軌道還是會慢慢變為橢圓，除非有外力在不斷幫助修正軌道。所以，在天然軌道中，是不會存在圓形軌道的。

其實也可以這樣理解，圓形軌道只有一個，而橢圓軌道卻有無數個，而維持圓形軌道則需要不斷的進行糾正，但橢圓軌道很隨意就可以實現。就像是一個拋物線，圓形軌道就是最高的那一點，而其他位置都是不同的橢圓軌道。

所以，圓形軌道是不穩定的，也不可能長期維持，而橢圓軌道則可以較長時間存在。單從機率上講，也是橢圓軌道的機率更大啊，一個可能性只有一種，而另外一個的可能性卻有無數種。