行星的运行轨道可以是圆形,椭圆形,抛物线形,以及双曲线形,但是太阳系演化 46 亿年后的今天,太阳系内所有行星的轨道都是椭圆的。
任何在引力作用下运行的行星都会沿着圆锥截面运动,如下图,这些圆锥截面曲线包括圆、椭圆、抛物线和双曲线。同时,轨道的焦点 / 圆点是恒星。
这四种轨道的不同之处在于它们的偏心率。圆轨道的离心率是 0,一个完美的圆轨道;椭圆轨道离心率在 0 和 1 之间,也是绝大多数行星的轨道形状;抛物线轨道离心率为 1;双曲线轨道离心率大于 1,这两类轨道对应的天体从太阳系外经过不会返回。
有了这四种行星轨道的选项,我们看看为什么行星的运行轨道绝大多数都是椭圆。
首先,太阳系有 46 亿年的历史,任何具有抛物线或双曲线轨道的行星都早已不复存在了,这些轨道上的行星或者彗星,由于轨道不闭合,对于太阳系来讲都是过客;其次, 圆形轨道需要实现正好为零的偏心率,这很难,但椭圆轨道的偏心率可以在 0 到 1 之间的任何位置,这就很简单。所以,我们看到的绝大多数的行星轨道都是椭圆。
但实际上,太阳系的很多行星的轨道离心率都很小,基本上也可以近似为圆形,但严格讲还是椭圆。比如:地球离心率是 0.0167,近似为圆形;离心率最小的是金星,只有 0.0067,最大的是水星,为 0.2056,所以水星的轨道是太阳系中最椭圆的。