Mokslo ir technologijų pasaulis

Saulės sistemą sudaro aštuonios planetos: Merkurijus, Venera, Žemė, Marsas, Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas. Bet ar tai didžiausias planetų, galinčių skrieti aplink Saulę, skaičius? O gal yra vietos daugiau?

Palyginti su kitomis žinomomis planetų sistemomis, Saulės sistemoje yra neįprastai daug planetų. Iš viso yra 812 žinomų planetų sistemų, kuriose yra trys ar daugiau patvirtintų planetų, ir tik viena kita žinoma sistema – Kepler-90, kurioje yra tiek planetų, kiek Saulės sistemoje.

Yra didelė tikimybė, kad daugelis šių sistemų turi mažas vidines planetas, kurių negalime aptikti, todėl mažai tikėtina, kad Saulės sistema iš tikrųjų yra labiausiai apgyvendinta planetų sistema mūsų kosminėje kaimynystėje. Tačiau tai pabrėžia, kad aštuonios planetos gali būti netoli viršutinės ribos, kiek planetų gali natūraliai egzistuoti vienoje sistemoje.

Todėl norėdami nustatyti absoliutų maksimalų planetų, skriejančių aplink Saulę, skaičių, turime pereiti į teorinę sritį, nekreipdami dėmesio į kai kuriuos natūralius veiksnius, kurie gali apriboti, kiek planetų gali susidaryti. Vienas geriausių būdų tai padaryti – suprojektuoti arba sukurti visiškai naują Saulės sistemą nuo nulio.

Saulės sistemos projektavimas

Bordo astrofizikos laboratorijos Prancūzijoje astronomas Seanas Raymondas, besispecializuojantis planetų sistemose, teigia, kad planetų sistemos struktūrą lemia daugybė sudėtingų veiksnių, įskaitant žvaigždės dydį, planetų dydį, planetų tipą (pavyzdžiui, uolinės planetos ar dujų milžinai), jų skaičių.

Mėnuliai, skriejantys aplink kiekvieną planetą, didelių asteroidų ir kometų (pvz., asteroidų juostoje tarp Jupiterio ir Marso ir Kuiperio juostoje už Neptūno) išsidėstymo, planetų orbitų kryptis ir medžiagos, likusios nuo Saulės susiformavimo reikalingos planetoms sukurti. Taip pat prireikia šimtų milijonų metų intensyvių planetų susidūrimų ir „gravitacinių virvės“ traukimų, kad sistema nusistovėtų į stabilią konfigūraciją.

Tačiau jei būtume itin pažengusi civilizacija, turinti technologijas ir išteklius, kurie gerokai viršija mūsų dabartines galimybes, galbūt būtų įmanoma apeiti daugelį šių apribojimų ir sukurti Saulės sistemą, kurioje būtų didžiausias planetų skaičius, teigia Raymondas.

Šioje teorinėje inžinerinėje Saulės sistemoje galėtume daryti prielaidą, kad planetoms sukurti nėra jokių apribojimų ir kad jas galima dirbtinai gaminti ir išdėstyti pagal valią. Taip pat būtų galima pašalinti mėnulius, asteroidus, kometas ir kitas kliūtis, kurios gali viską apsunkinti. Vieninteliai apribojimai būtų tokie, kad planetų ir Saulės gravitacija būtų tokia pati kaip įprastai ir kad planetos turėtų skrieti aplink Saulę stabilioje konfigūracijoje, netrukdydamos viena kitai.

Planeta apibrėžiama kaip dangaus kūnas, kuris (a) skrieja aplink Saulę, (b) turi pakankamai masės, kad pasiektų hidrostatinę pusiausvyrą (sudarytų ją apvalios formos) ir (c) išvalė aplinką aplink savo orbitą nuo šiukšlių – pastaroji priežastis, kodėl, pasak Tarptautinės astronomų sąjungos, Plutonas nėra laikomas tikra planeta.

Dydis svarbu

Sukurtoje Saulės sistemoje maksimalų planetų skaičių riboja planetų orbitų, kurias galite sutalpinti aplink Saulę, skaičius, kol jos pradės tapti nestabilios.

„Kai planetų sistema tampa nestabili, planetų orbitos pradeda kirsti viena kitą, o tai reiškia, kad jos gali susidurti viena su kita arba tiesiog gravitaciniu būdu išsisklaidyti“, – sakė Raymondas.

Mažiausias saugus atstumas tarp skirtingų planetų orbitų stabilioje sistemoje priklauso nuo kiekvienos planetos dydžio arba, tiksliau, jos Hilo spindulio. Planetos Hilo spindulys yra atstumas tarp planetos ir jos sferos įtakos krašto, kur mažesnės masės objektus paveiks jos gravitacija, pavyzdžiui, aplink Žemę besisukantį Mėnulį.

Masyvesnės planetos turi didesnę gravitacinę jėgą, o tai reiškia, kad jos turi didesnį Hilo spindulį. Štai kodėl atstumas tarp Žemės ir Marso orbitų, kuris yra apie 78,3 milijono kilometrų, yra maždaug septynis kartus mažesnis nei atstumas tarp Marso ir Jupiterio orbitų, kuris yra maždaug 550,7 milijono km.

Dėl šios priežasties orbitų, kurios gali tilpti Saulės sistemos viduje, skaičius daugiausia priklauso nuo planetų dydžio, sakė Raymondas. Pavyzdžiui, Jupiteris yra maždaug 300 kartų masyvesnis už Žemę, o tai reiškia, kad jo Hilo spindulys yra maždaug 10 kartų didesnis. Tai reiškia, kad 10 atskirų Žemės orbitų galėtų tilpti į tą pačią erdvę, kurią užima Jupiterio dabartinė orbita.

Todėl norėdami maksimaliai padidinti planetų skaičių sistemoje, turime padaryti planetas kuo mažesnes.

Priešingos kryptys

Planetų dydis yra pagrindinis veiksnys siekiant maksimaliai padidinti orbitų, kurios galėtų tilpti į sukurtą sistemą, skaičių. Tačiau yra dar vienas gudrus triukas, kurį galėtume panaudoti, kad sukurtume keletą papildomų orbitų, nepaisant planetos dydžio: pakeisti kryptį, kuria planetos juda aplink Saulę.

Dabartinėje Saulės sistemoje kiekviena planeta skrieja ta pačia kryptimi aplink Saulę. Taip yra todėl, kad planetos susidarė iš didelio dulkių debesies, besisukančio ta pačia kryptimi aplink Saulę. Tačiau mūsų sukurtoje Saulės sistemoje būtų įmanoma turėti planetų, kurios skrieja aplink Saulę priešinga kryptimi, vadinamosiomis retrogradinėmis orbitomis, sakė Raymondas. Tačiau ši idėja yra šiek tiek išgalvota; retrogradinės orbitos gamtoje greičiausiai neegzistuoja dėl planetų formavimosi pobūdžio.

Tęsinys kitame puslapyje:

Tai reiškia, kad jei dvi planetos skrietų aplink Saulę priešinga kryptimi, gravitacinės jėgos tarp jų šiek tiek susilpnėtų ir būtų sumažintas minimalus saugus atstumas tarp jų orbitų.

Todėl, jei kiekvieną kitą orbitą savo sukonstruotoje sistemoje padarytume retrogradine orbita, kaip karuselę, kurioje žmonės juda priešingomis kryptimis, galėtume sumažinti tarpą tarp kiekvienos orbitos ir taip išspausti papildomų planetų.

Dalijimasis orbitomis

Iki šiol manėme, kad kiekvienoje mūsų sukurtoje Saulės sistemos orbitoje yra tik viena planeta. Tačiau iš tikrųjų įmanoma turėti kelias planetas, kurios dalijasi viena orbita, sakė Raymondas. Ir mes galime pamatyti to pavyzdį mūsų dabartinėje Saulės sistemoje.

Jupiteris turi du asteroidų spiečius, žinomus kaip Graikai ir Trojėnai, kurie dalijasi savo orbita. Šios sankaupos yra maždaug 60 laipsnių kampu prieš ir už dujų milžino, kai jis skrieja aplink Saulę. Tačiau astronomai mano, kad planetos panašiai gali dalytis orbitomis. Šiuos teorinius pasaulius jie pavadino Trojos planetomis.

„Žmonės aktyviai ieško šių Trojos planetų pavyzdžių tarp egzoplanetų sistemų, tačiau dar nė viena nepastebėta“, – sakė Raymondas.

Jei norime maksimaliai padidinti planetų skaičių mūsų sukurtoje Saulės sistemoje, norėsime turėti kuo daugiau šių Trojos planetų. Tačiau, kaip ir orbitų, kurios gali sutilpti aplink Saulę, planetos turi būti pakankamai plačiai išdėstytos, kad išliktų stabilios.

2010 m. žurnale „Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy“ paskelbtame tyrime pora astronomų naudojo Hill spindulius, kad nustatytų, kiek planetų galėtų dalytis orbita. Jie išsiaiškino, kad vienoje orbitoje būtų galima turėti net 42 Žemės dydžio planetas. Be to, kaip ir su orbitų skaičiumi sistemoje, kuo mažesnės planetos, tuo daugiau gali tilpti į tą pačią orbitą.

Žinoma, tikimybė, kad tiek daug planetų natūraliai dalinsis viena orbita, yra praktiškai lygi nuliui, nes kiekviena planeta turi būti lygiai tokio paties dydžio ir susiformavusi tuo pačiu metu, kad būtų stabili. Tačiau sukonstruotoje Saulės sistemoje toks koorbitinės struktūros lygis būtų įmanomas ir labai padidintų planetų, kurias galėtume įspausti, skaičių.

Teorinis maksimumas

Dabar, kai suprantame pagrindinius kintamuosius, kurių reikia norint sukurti planetų kupiną Saulės sistemą, pagaliau laikas įvertinti tikslius skaičius ir pamatyti, kiek planetų galime sutalpinti į ją.

Laimei, Raymondas tai jau padarė už mus, naudodamas savo sukurtus kompiuterinius modelius. Tačiau svarbu pažymėti, kad nors šie skaičiavimai yra pagrįsti teorijomis, kurias astronomai naudoja kurdami pagrįstus modeliavimus, šie modeliai nėra recenzuojami ir į juos turėtų būti žiūrima su šiek tiek žaismingu skepticizmu.

Siekiant maksimaliai padidinti planetų skaičių, Raymondo sukurta sistema tęsiasi iki 1000 astronominių vienetų (AU) nuo Saulės. (Vienas AU yra vidutinis atstumas nuo saulės iki Žemės orbitos, kuris yra apie 150 mln. km.)

Šiuo metu apibrėžtas Saulės sistemos kraštas, taip pat žinomas kaip heliosfera, yra maždaug 100 AU nuo Saulės, tačiau Saulės gravitacinė įtaka gali būti jaučiama daug toliau. Be to, Raymondo modelis naudoja vienodo dydžio planetas su kintamomis retrogradinėmis orbitomis.

Atsižvelgiant į visa tai, jei naudotumėte Žemės dydžio planetas, į Saulės sistemą galėtų tilpti 57 orbitos, kurių kiekvienoje yra 42 planetos, o tai iš viso sudaro 2394 planetas. Tačiau jei planetos būtų tik dešimtadalio Žemės dydžio (maždaug tokios pat masės kaip Marsas), tilptų 121 orbita, kurių kiekvienoje yra 89 planetos, o tai iš viso sudaro 10 769 planetas. Ir jei planetos būtų maždaug Mėnulio dydžio (šimtoji Žemės masės), galėtumėte turėti 341 orbitą, kurių kiekvienoje yra 193 planetos, o tai iš viso sudaro 65 813 planetų.

Akivaizdu, kad šie skaičiai yra ekstremalūs, o gebėjimas sukurti tokias sudėtingas sistemas žmonijai toli gražu nepasiekiamas. Tačiau šis įdomus minties eksperimentas išryškina, kad Saulės sistemos planetoms yra daug daugiau erdvės nei šiandien matomoms negausioms aštuonioms. Tačiau mažai tikėtina, kad jų daugiau galėjo susidaryti natūraliai.