Przez setki lat astronomowie uważali, że poza drobnym faktem obecności w nim ludzi, nasz system słoneczny nie różni się wiele od innych tego typu układów we Wszechświecie. Ale począwszy od odkrycia dziesięć lat temu pierwszych pozasłonecznych planet wszystko wskazuje na to, że nasz poczciwy Układ Słoneczny jest fenomenem na skalę wszechświatową.

Zamiast spokojnych orbit kołowych, które są udziałem naszych dziewięciu planet, większość z ponad 160 znanych nam planet pozasłonecznych ma silnie ekscentryczne orbity. Oznacza to, że perycentrum znajduje się bardzo blisko macierzystej gwiazdy, a apocentrum bardzo daleko – innymi słowy orbita jest bardzo eliptyczna. W artykule, który ukazał się 14. kwietnia w Nature (streszczenie) astrofizycy z Northwestern University przedstawiają dane obserwacyjne, które tłumaczą przyczyny tak niezwykłego zachowania planet.

Nasze wyniki sugerują, że za silnie ekscentryczne orbity planet z układu Ypsilona Andromedy odpowiedzialny jest prosty mechanizm zwany «rozpraszaniem planeta-planeta». Polega on na tym, że szybko zwiększające się przyciąganie między dwoma zbliżającymi się planetami tworzy coś w rodzaju grawitacyjnej procy, która wystrzeliwuje planetę spłaszczając jej orbitę” – tłumaczy Frederic A. Rasio, profesor fizyki i astronomii. – “Sądzimy, że rozpraszanie planeta-planeta zachodzi w większości pozasłonecznych układów planetarnych. Oznacza to, że chociaż krążące wokół gwiazd planety nie są niczym szczególnym we Wszechświecie, to takie, których orbity są na tyle stabilne, żeby mogło rozwinąć się na nich życie są stosunkowo rzadkie“.

Verene Lystad, studentka fizyki na Northwestern University oraz Eric B. Ford, pracownik University of California i były student profesora Rasio, to członkowie zespołu kierowanego przez Rasio i autorzy publikacji w Nature.

Układ, którym badacze się zajęli to trzy ogromne planety podobne do Jowisza, okrążające Ypsilona Andromedy. Jest to pierwszy pozasłoneczny układ planetarny składający się z kliku planet odkryty przy pomocy spektroskopii dopplerowskiej. Metoda ta polega na badaniu planet pośrednio poprzez obserwację w jaki sposób ich obecność wpływa na macierzystą gwiazdę. Wewnętrzną planetę Ypsilona Andromedy, “gorącego Jowisza”, którego orbita jest tak ciasna, że pełen obieg wokół gwiazdy zajmuje zaledwie kilka dni, odkryto w 1996 roku. Pozostałe dwie planety po raz pierwszy zaobserwowano trzy lata później. Obie mają mocno wydłużone orbity, które silnie ze sobą oddziaływują. W rezultacie system ten już od dłuższego czasu jest obiektem zainteresowania astronomów i dysponujemy znaczną ilością danych na jego temat.

W tym układzie dwie zewnętrzne planety poruszają się po bardzo dziwnych torach, które od dawna nas zastanawiały” – mówi Rasio.

Aby dokładniej zrozumieć zachodzące w układzie Ypsilona Andromedy procesy Rasio wraz ze współpracownikami opracował dokładny komputerowy model orbit i prześledził wstecz jego ewolucję przez dziesiątki tysięcy lat. Wyniki pokazały, że układ zachowywał się dokładnie tak, jak powinien zachowywać się stabilny system planet, w którym orbita zewnętrznej planety uległa gwałtownemu zaburzeniu.

Zespołowi udało się pokazać, że czwarta planeta-gigant, której nie ma już w układzie, zbliżyła się zanadto do trzeciej i wdała się z nią w grawitacyjną waśń. W rezultacie trzecia planeta została zepchnięta w stronę drugiej, a sprawca kłopotów – czwarta planeta – wyrzucona w przestrzeń kosmiczną. Na skutek tych gwałtowne zajść orbita trzeciej planety stała się silnie eliptyczna. Przez pewien czas system był stabilny, ale później wpływ zewnętrznej planety układu wybił środkową z kołowej orbity i umieścił ją na torze, który dziś możemy obserwować. Co siedem tysięcy lat orbita środkowej planety powoli wraca do pierwotnej postaci koła, by znów zostać wydłużoną przez oddziaływanie zewnętrznego sąsiada.

Właśnie to sprawia, że jest to tak szczególny system” – mówi Rasio. – “Zazwyczaj oddziaływanie dwóch planet na eliptycznych orbitach nie jest w stanie sprowadzić kształtu jednej z nich do kołowego. Orbity kołowe są bardzo rzadkie“.

Pierwotnie chcieliśmy symulacyjnie sprawdzić czy wszystkie planety Ypsilona Andromedy leżą w tej samej płaszczyźnie, tak jak planety Układu Słonecznego” – tłumaczy Lystad. Pracę w zespole Rasio zaczęła na drugim roku i wiele obliczeń komputerowych było związanych z zaliczeniem kolejnego etapu studiów. “Ku naszemu zaskoczeniu w wielu symulacjach trudno nam było powiedzieć czy planety są w jednej płaszczyźnie, bo środkowa z nich regularnie powracała na kołową orbitę. Gdy okazało się, że prawidłowość ta występuje we wszystkich modelach, rozpoznaliśmy ją jako sygnał, że w układzie doszło do rozpraszania planeta-planeta. Zrozumieliśmy, że działo się tam znacznie więcej ciekawych rzeczy, niż ktokolwiek kiedykolwiek przypuszczał“.

Zrozumienie procesów, które doprowadziły do obecnej postaci układ Ypsilona Andromedy ma kluczowe znaczenie dla naszego własnego Układu Słonecznego. “Te nowoodkryte układy nie są stabilne w skali miliardów lat” – mówi Rasio. – “Choć powstały w podobny sposób co nasz Układ Słoneczny, to po jakimś czasie nastąpiła katastrofa. Nasz system ze swoją długoterminową stabilnością wydaje się być dość szczególny“.

Autor

Jan Urbański

Komentarze

  1. zen    

    nie lubie — Bardzo nie lubię jak ktoś wmawia mi, że nasz układ planetarny i życie na Ziemi jest czymś wyjątkowym we wszechświecie. Myślę że taka postawa i zakładanie z góry bo nie ma na ten temat danych jest niegodne prawdziwego naukowca. Sam uważam że życie we wszechświecie jest regułą, a nie wyjątkiem i nie mam na myśli tylko prymitywnych form życia. Wynika to chociażby z rachunku prawdopodobieństwa. Pozdrawiam

    1. Michał M.    

      Rachunek prawdopodobieństwa

      > Bardzo nie lubię jak ktoś wmawia mi, że nasz układ planetarny i
      > życie na Ziemi jest czymś wyjątkowym we wszechświecie.

      Jest wyjątkowy, my tu żyjemy 🙂

      > Myślę że
      > taka postawa i zakładanie z góry bo nie ma na ten temat danych
      > jest niegodne prawdziwego naukowca.

      Brzytwa O. Jeśli dotąd życia poza Ziemią nie odkryto, jeśli nieistnienie taiego życia nie przeczy żadnym obserwacjom (a nie przeczy), to założenie, że jesteśmy sami jest logiczniejsze niż zakładanie, że Galaktyka jest pełna życia. Chociaż oczywiście w tym momencie możesz się słusznie bronić, że bardzo słabo szukamy.

      Zakładanie, że jakieś życie istnieje też jest niegodne naukowca. My NIE WIEMY czy istnieje, jeśli mówimy “TAK” albo “NIE” to wygłaszamy swoje pobożne życzenia. Nie masz żadnych danych na temat istnienia życia.

      > Sam uważam że życie we
      > wszechświecie jest regułą, a nie wyjątkiem i nie mam na myśli
      > tylko prymitywnych form życia. Wynika to chociażby z rachunku
      > prawdopodobieństwa.

      Jakie masz dane? Na jakiej podstawie tak twierdzisz? Jedyne co wiemy na pewno to to, że życie we Wszechświecie może powstać poza Ziemią, bo powstało na Ziemi.

      Tu działa zasada antropiczna. Obserwujesz świat z wyróżnionego miejsca – takiego w którym życie powstało i możesz sądzić, że Twoje istnienie świadczy o powszechności istnienia innych bytów.

      Równie dobrze ja mógłbym rozumować tak:

      Staję przed lustrem i widzę faceta 186 cm, 85 kg, nazywającego się Michał M., mającego niebieskie oczy i mieszkającego w Łodzi. Skoro ja istnieję, to miasto powinno być pełne identycznych jak ja. A tak nie jest 🙂

      To co głosisz, to wiara w istnienie życia. Pozostanie ona wiarą póki nie odkryjemy innego życia (lub nie sprawdzimy, że na żadnej planecie go nie ma 🙂

      pozdrawiam i życzę, żebyś miał rację

  2. Robert Rusiecki    

    Program do przeprowadzania symulacji — Bardzo mi sie podobają takie symulacje …
    Możecie polecić jakiś program, który pozwala na samodzielne przeprowadzanie takich symulacji?

    1. xyz    

      Nie znam programow… — ale sadze ze nawet jak bys taki znalazl to twoj domowy PC nie starczyl by do przeprowadzenia takiej symulacji znaczy symylacja by trwala kilka moze nawet kilkaset lat. Trzeba jeszcze troche poczekac zanim odpowiednia moc obliczeniowa trafi pod strzechy.
      Pozdrawiam.

    2. aniau    

      Programy do symulacji — Wiele programów i apletów do przeprowadzania symulacji ukladów planetarnych można naleźć pod hasłem “three body problem” lub “three body system”. To zagadnienie jest rzeczywiscie fascynujące!

      Na początek poleciłabym stronę http://www.physics.cornell.edu/sethna/teaching/sss/jupiter/jupiter.htm wraz ze znajdującym się tam programem Jupiter! Jest to program przeznaczony raczej do celów edukacyjnych niż naukowych. Jego obsługa nie jest może BARDZO łatwa, ale korzystając z opisu na stronie, da się to rozgryźć. Autor zapewnia wprowadzenie do problemu trzech ciał (bo tak to się po polsku nazywa) i parę przykładów z zastosowaniami. Mój ulubiony polega na zwiększeniu masy Jowisza 10 razy i obserwowaniu jak Ziemia wylatuje z Układu Słonecznego. Oczywiscie taki Jowisz, to juz raczej mała gwiazdka.

      Jezeli natomiast chodzi o zagadnienia przedstawione w artykule, to na stronie http://www.ids.ias.edu/~starlab/index.html można znależć pakiet programów, które jak rozumiem, zostały wykorzystane przez autorów artykułu. Przeznaczone są one pod UNIXa, i obawiam się że pod Windowsem raczej się tego nie uruchomi. Wygląda na to, ze pakiet ten ma duże mozliwosci i naprawde jest wykorzystywany przez naukowcow. Nie próbowałam jednak go uruchomić i obawiam się ze moze to wymagac dobrej znajomosci problemu i co najmniej odrobiny samozaparcia 🙂

  3. bubu    

    Rzut okiem — Rzut okiem wystarczy aby zobaczyć ,że dotyczy ona planet znajdujących się blisko gwiazdy.
    HD39091 sięga co prawda orbity Jowisza ale tylko w apocentrum.
    Jeżeli w miejsce Marsa wstawimy Jowisza, a w miejsce Ziemi np. Saturna to nic dziwnego że siła grawitacji planet gigantów wkrótce spowoduje rozwalenie ich orbit.
    Większość tych tzw. exoplanet to 2,3,5 a nawet 10 MJ. Myślę, że z statystykami trzeba być na razie ostrożnym.
    Poczekajmy aż proporcjonalnie więcej będzie odkrytych tych o bardziej oddalonych orbitach i mniejszych masach. Nie są one jeszcze odkryte z tych
    oczywistych względów, że do odkrycia są trudniejsze.

  4. Pozdrawiam Jaro    

    Jestem tego zdania ZEN co ty ale… — Dotychczas uczeni odkrywają same gazowe giganty.Co do planet skalistych to są jedynie przypuszczenia(nie pozbawione racji,ale przypuszczenia).Ważne też jest aby odkryty układ planetarny był stabilny.I na koniec odległość od gwiazdy planety-kandydata musi być idealna aby powstało na niej ewentualne życie.Więc mimo ZEN że nasze stwierdzenia mogą kiedyś okazać się prawdziwe są na razie tylko fantastytką.

  5. NitaJerzy    

    Czy upodobnienie się naszego Układu do innych układów jest po wsze czasy niepodobieństwem ? — Skoro zdarzają się – być może dość często – sytuacje wyrzucania jowiszopodobnych planet z ich macierzystych układów planetarnych to może czasem zdarza się, że trafiają one do innych układów i tam zaburzają stabilność orbit planet. Ciekawe ile takich wtargnięć dużej obcej planety do innego układu zdarzyło się w historii Galaktyki ? Ciekawe też czy da się zupełnie wykluczyć, że nasz tak stabilny US nie zostanie kiedyś zmodyfikowany w ten sposób ? Zapewne statystyczna szansa na taki rozwój wypadków jest bardzo niewielka, ale intuicja podpowiada mi abym jej tak zupełnie nie wykluczał. Skoro rzeczywiście Układ Słoneczny jest tak nietypowo stabilny to może wkrótce nadejdzie moment jego upodobnienia się do innych układów planetarnych ?

    1. Altername    

      To byłoby coś… — Takie wtargnięcie byłoby bardzo ciekawe. Gdyby orbita Ziemi uległa spłaszczeniu to zmieniłaby się długość roku… i pory roku pewnie też (lato +80?C, zima -100?C i to na całej kuli Ziemskiej tak samo). A co jakbyśmy zostali całkiem wyrzuceni? Patrzylibyśmy na słońce oddalające się z dnia na dzień coraz bardziej…

    2. Wulczer    

      0 szans — [quote]Zapewne statystyczna szansa na taki rozwój wypadków jest bardzo niewielka, ale intuicja podpowiada mi abym jej tak zupełnie nie wykluczał[unquote]

      Intuicja tym razem Cie zawiodla – takiej szansy nie ma co rozwazac. Zeby Jakas planeta wyrzucona z innego ukladu zaplatala sie do nas, na to szans kompletnie i totalnie nie ma :). Ale jest dostatecznie duzo katastrof, ktore moga sie wydarzyc i ktorymi mozna sie martwic jak ktos chce (tylko po co? :D). Wystarczy zapytac dinozaury.

Komentarze są zablokowane.