پژوهشگران فکر می کنند راز پشت مدار ناپایدار عجیب پلوتو را کشف کرده اند.

در سال ۱۹۳۰، ستاره شناس کلاید تومبا، افسانه “سیاره نهم” (یا “سیاره X”) را در حین کار در رصدخانه لاول در فلگستاف، آریزونا کشف کرد. وجود این جسم قبلاً بر اساس اغتشاشات در مدار اورانوس و نپتون پیش‌بینی شده بود.

پس از دریافت بیش از ۱۰۰۰ پیشنهاد از سراسر جهان، و بحثی بین کارکنان رصدخانه، این شی جدید کشف شده پلوتون نام گرفت – که توسط یک دختر دانش آموز جوان از آکسفورد پیشنهاد شد (Venetia Burney).

از آن زمان، پلوتو موضوع مورد مطالعه قابل توجه، یک بحث نامگذاری، و برای اولین بار در ۱۴ ژوئیه ۲۰۱۵ توسط مأموریت New Horizons بازدید شد.

یک چیزی که از ابتدا مشخص بود ماهیت مدار پلوتو است که بسیار غیرعادی و متمایل است. طبق تحقیقات جدید، مدار پلوتون در بازه‌های زمانی طولانی‌تر نسبتاً پایدار است، اما در معرض آشفتگی‌های آشفته و تغییرات در بازه‌های زمانی کوتاه‌تر است.

این تحقیق توسط رنو مالهوترا، استاد تحقیقات علمی لوئیز فوکار مارشال در دانشگاه انجام شد. از آزمایشگاه ماه و سیاره (LPL) و تاکاشی ایتو، دانشیار موسسه فناوری چیبا مرکز تحقیقات اکتشاف سیاره‌ای (PERC) و رصدخانه ملی نجوم ژاپن (NAOJ) مرکز اخترفیزیک محاسباتی.

مقاله ای که یافته های آنها را توضیح می دهد اخیراً در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

برای شکستن آن، مدار پلوتو کاملاً متفاوت از سیارات است که مدارهای تقریباً دایره‌ای به دور خورشید نزدیک به خط استوای آن را دنبال می‌کنند و به سمت بیرون پرتاب می‌شوند. دایره البروج).

در مقابل، ۲۴۸ سال طول می کشد تا پلوتو یک مدار به دور خورشید را کامل کند و مداری بسیار بیضی شکل را دنبال کند که ۱۷ درجه نسبت به صفحه دایره البروج منظومه شمسی متمایل است.

ماهیت غیرعادی مدار آن به این معنی است که پلوتون در طول هر دوره ۲۰ سال را در مدار نزدیکتر از نپتون به خورشید می گذراند.

ماهیت مدار پلوتون یک راز ماندگار است و اخترشناسان از آن آگاه شدند. مدت کوتاهی پس از کشف آن از آن زمان، تلاش‌های متعددی برای شبیه‌سازی گذشته و آینده مدار آن انجام شده است، که ویژگی شگفت‌انگیزی را نشان داد که از برخورد پلوتو با نپتون محافظت می‌کند.

همانطور که مالهوترا از طریق ایمیل به Universe Today گفت، این مدار است. شرایط تشدید به عنوان “رزونانس حرکت متوسط” شناخته می شود:

“این شرایط تضمین می کند که در زمانی که پلوتون در همان فاصله ی خورشیدمرکزی با نپتون قرار دارد، طول جغرافیایی آن نزدیک به ۹۰ درجه از نپتون فاصله داشته باشد. بعداً موقعیت عجیب دیگری وجود دارد. ویژگی مدار پلوتون کشف شد: پلوتون در مکانی بسیار بالاتر از صفحه مدار نپتون به حضیض می آید؛ این نوع متفاوتی از تشدید مداری است که به “نوسان vZLK” معروف است.”

این مخفف به فون زایپل، لیدوف و کوزای اشاره دارد که این پدیده را به عنوان بخشی از “مسئله سه بدنه” مورد مطالعه قرار دادند.

این مشکل شامل گرفتن موقعیت‌ها و سرعت‌های اولیه سه جرم است. اشیاء (از آنجا که شامل ذرات نیز می شود) و حل برای ماه بعدی آنها مطابق با سه قانون حرکت نیوتن و نظریه گرانش جهانی – که هیچ راه حل کلی برای آن وجود ندارد.

همانطور که مالهوترا اضافه کرد: در اواخر دهه ۱۹۸۰، با در دسترس بودن رایانه‌های قوی‌تر، شبیه‌سازی‌های عددی سومین ویژگی عجیب و غریب را نشان داد، که مدار پلوتو از نظر فنی آشفته است، یعنی انحرافات کوچک شرایط اولیه منجر به واگرایی نمایی راه‌حل‌های مداری بیش از ده‌ها میلیون می‌شود. سال‌هاست.

“با این حال، این هرج و مرج محدود است. در شبیه‌سازی‌های عددی مشخص شده است که دو ویژگی خاص مدار پلوتو که در بالا ذکر شد، در بازه‌های زمانی گیگا سال باقی می‌مانند و مدار آن را علی‌رغم شاخص‌های هرج و مرج، به‌طور قابل‌توجهی پایدار می‌کنند.” شبیه سازی مدار پلوتون تا پنج میلیارد سال در آینده منظومه شمسی.

به ویژه، آنها امیدوار بودند که به سؤالات حل نشده در مورد مدارهای عجیب و غریب پلوتون و سایر اجرام به اندازه پلوتو (معروف به پلوتینوس) رسیدگی کنند. این سؤالات توسط تحقیقات انجام شده در چند دهه گذشته، مانند “نظریه مهاجرت سیاره”، مورد توجه قرار گرفته است، اما فقط به یک نقطه رسیده است.

در این فرضیه، پلوتون توسط نپتون که در طول تاریخ اولیه منظومه شمسی مهاجرت کرده است، به رزونانس حرکتی متوسط ​​فعلی خود کشیده شده است.

یک پیش‌بینی اصلی این نظریه این است که سایر اجرام ترانس نپتونی (TNO) دارای شرایط تشدید مشابهی باشند. از آن زمان با کشف بزرگ تایید شده است تعداد پلوتینوها.

این کشف همچنین منجر به پذیرش گسترده‌تر نظریه مهاجرت سیاره‌ها شده است.

اما همانطور که مالهوترا توضیح داد: «میل مداری پلوتو با نوسان vZLK آن ارتباط نزدیک دارد. بنابراین ما استدلال کردیم که اگر بتوانیم شرایط نوسان vZLK پلوتون را بهتر درک کنیم، شاید بتوانیم معمای تمایل آن را حل کنیم. ما با بررسی نقش فردی دیگر سیارات غول پیکر (مشتری شروع کردیم. ، زحل، و اورانوس) در مدار پلوتون.”

برای این کار، مالهوترا و ایتو شبیه سازی های کامپیوتری را اجرا کردند که در آن آنها تکامل مداری پلوتون را تا ۵ میلیارد سال شبیه سازی کردند که شامل ۸ متفاوت بود. ترکیبی از اغتشاش سیاره غول پیکر. این شبیه سازی های N-جسم شامل برهمکنش هایی با:

• نپتون (—NP)
• اورانوس و نپتون (–UNP)
• زحل و نپتون (-S-NP)
• مشتری و نپتون (J–NP)
• زحل، اورانوس و نپتون (-SUNP)
• مشتری، اورانوس و نپتون (J-UNP)
• مشتری، زحل و نپتون (JS-NP)
• مشتری، زحل، اورانوس و نپتون (JSUNP)

مالهوترا گفت: «ما دریافتیم که هیچ زیرمجموعه‌ای از سه سیاره غول پیکر داخلی برای بازیابی نوسان vZLK پلوتون انجام نمی‌شود؛ هر سه – مشتری، زحل و اورانوس – ضروری بودند. “اما چه چیزی در مورد این سیارات برای نوسان vZLK پلوتون ضروری است؟”

مالهوترا افزود. “۲۱ پارامتر برای نشان دادن نیروهای گرانشی مشتری، زحل و اورانوس روی پلوتون مورد نیاز است. این یک فضای پارامتری بسیار بزرگ برای کاوش است.”

برای ساده کردن این محاسبات، مالهوترا و ایتو آنها را در هم فرو ریختند. یک پارامتر واحد با معرفی برخی ساده سازی ها. این شامل نشان دادن هر سیاره با یک حلقه دایره ای با چگالی یکنواخت، جرم کل برابر با سیاره، و شعاع حلقه برابر با فاصله متوسط ​​سیاره از خورشید (معروف به محور نیمه اصلی) بود.

همانطور که مالهوترا نشان داد. ، این یک پارامتر واحد را نشان داد که نشان دهنده اثر مشتری، زحل و اورانوس (J2) بود، که معادل اثر یک “خورشید صاف” بود.

“[W] چینش تصادفی را کشف کرد. جرم ها و مدارهای سیارات غول پیکری که محدوده باریکی را در پارامتر J2 ترسیم می کند که در آن نوسان vZLK پلوتون امکان پذیر است، نوعی “منطقه طلایی””.

“این نتیجه نشان می دهد که در طول دوران مهاجرت سیاره در تاریخ [منظومه شمسی]، شرایط اجرام ماوراء نپتونی به گونه ای تغییر کرد که بسیاری از آنها – از جمله پلوتون – را به حالت نوسان vZLK ارتقا داد. احتمالاً تمایل پلوتون در این زمان منشأ گرفته است. تکامل دینامیکی.”

این نتایج احتمالا تاثیر قابل توجهی خواهند داشت نکاتی برای مطالعات آینده بیرونی منظومه شمسی و دینامیک مداری آن.

با مطالعه بیشتر، مالهوترا معتقد است که اخترشناسان اطلاعات بیشتری در مورد تاریخچه مهاجرت سیارات غول پیکر و چگونگی قرار گرفتن آنها در مدارهای فعلی خود خواهند آموخت. همچنین می‌تواند منجر به کشف یک مکانیسم دینامیکی جدید شود که منشأ مدار پلوتون و دیگر اجرام با تمایل مداری بالا را توضیح می‌دهد.

این امر به‌ویژه برای اخترشناسانی که به مطالعه دینامیک منظومه شمسی اختصاص دارند مفید خواهد بود. . همانطور که مالهورتا اشاره کرد، محققان در این زمینه شروع به شک کردند که شواهدی که ممکن است تکامل مداری پلوتون را روشن کند ممکن است توسط ناپایداری ها و ماهیت آشفته همین مکانیک مداری پاک شده باشد.

همانطور که مالهوترا خلاصه کرد: ” من فکر می کنم که کار ما امید جدیدی را برای ایجاد ارتباط بین دینامیک امروزی منظومه شمسی و دینامیک تاریخی منظومه شمسی ایجاد می کند. منشاء تمایلات مداری سیارات کوچک در سراسر منظومه شمسی – از جمله TNOs – یک مشکل بزرگ حل نشده را ارائه می دهد؛ شاید کار ما توجه بیشتری را به آن جلب خواهد کرد.

“نکته دیگری که مطالعه ما بر آن تاکید می کند، ارزش تقریب های ساده(r) برای یک مسئله پیچیده است: به عنوان مثال، جمع کردن ۲۱ پارامتر در یک پارامتر واحد، در را به روی آن باز کرد. دستیابی به مکانیسم‌های دینامیکی اساسی که بر دینامیک مداری بسیار جالب اما درک آن دشوار است، پلوتو و پلوتینوس تأثیر می‌گذارند.”

این مقاله در ابتدا توسط جهان امروز. مقاله اصلی را بخوانید.