Плутон на ръба на хаоса

За съществуването на още една планета – Деветата планета или Планетата X – учените започват да говорят в края на XIX век, когато изучават смущенията в орбитата на Нептун. През 1930 г. успяват да открият хипотетичния обект. След дълги дискусии новата планета е наречена Плутон. През 2006 г. той е лишен от статут на планета в Слънчевата система и прехвърлен в категорията на планетите джуджета, макар че изследванията не спират.

Учените се интересуват особено от неговата необичайно удължена орбита. Ново изследване сочи, че орбитата на планета джудже е относително стабилна в мащаб от милиарди години, но е обект на хаотични смущения и промени за кратки периоди от време. Статията е публикувана в списание PNAS.

Планетите от Слънчевата система летят в почти кръгови орбити в приблизително една плоскост. На техния фон Плутон се откроява силно: орбитата му е удължена и наклонена към плоскостта на еклиптиката (плоскостта на орбитата на Земята около Слънцето) на 17,14°. Орбиталният период на планетата джудже е 248 години, от които 20 години тя прекарва по-близо до Слънцето, отколкото Нептун. Правени са много опити да се изчисли как Плутон е излязъл на такава странна траектория и как се е променила с течение на времето.

Заради загадъчен океан учени искат втора мисия до Плутон

Учените са установили две важни особености на орбитата на Плутон, които помагат на планетата джудже да избегне сблъсък с Нептун – „резонанс на средно движение“ и „колебание на vZLK“. Благодарение на „резонанса на средно движение “, когато Плутон и Нептун са на еднакво разстояние от Слънцето, разликата между техните дължини достига почти 90°. Перихелият на Плутон минава високо над плоскостта на орбитата на Нептун. Такъв резонанс бил наречен „колебание на vZLK“ – в чест на шведския астроном Хуго фон Цайпел, съветския учен М. Л. Лидов и японския астроном Йошихиде Кодзай, които изучават това явление като част от „задачата с трите тела“.

В края на 80-те години на миналия век с помощта на по-мощни компютри и числено моделиране учените откриват още една особеност на орбитата на Плутон: тя е хаотична, но този хаос е ограничен. Малки отклонения от първоначалните стойности водят до експоненциално несъответствие между резултатите от изчисляването на орбитата след десетки милиони години. И все пак, благодарение на първите две особености, за период от милиарди години орбитата остава стабилна въпреки всички признаци на хаотичност.

В рамките на новото изследване астрономите решили да използват числени симулации, за да установят поведението на орбитата на Плутон през следващите пет милиарда години. Те се надявали, че това ще помогне да се обясни как Плутон е излязъл на такава траектория. Според „хипотезата за миграция на планетите” Нептун е провокирал появата на „резонанса на средното движение” по време на миграцията. Хипотезата прави възможно да се предположи, че и други транснептунови обекти се намират в „резонанс на средно движение“. Наблюденията потвърдили това. Но как се е случило?

Плутон отново да бъде признат за пълноценна планета, настояват астрономи

„Наклонът на орбитата на Плутон е свързан с колебанието на vZLK. Затова предположихме, че ако се справим с условията на колебанието на vZLK на Плутон, тогава може би ще разгадаем и причината за появата на наклона. Започнахме с изучаването на влиянието на всяка една от планетите гиганти (Юпитер, Сатурн и Уран) върху орбитата на Плутон“, обяснява планетологът Рену Малхотра, която отдавна се занимава с изучаването на орбитите на Плутон и Нептун.

Заедно с астронома Такаши Ито моделирали еволюцията на орбитата на Плутон през следващите пет милиарда години при различни смущения в орбитите на планетите гиганти. Оказало се, че и трите гиганта са необходими за стабилността на колебанието на vZLK. Но защо тези планети са толкова важни?

Гравитационното влияние на Юпитер, Сатурн и Уран върху Плутон се описва от 21 параметъра. За да опростят изчисленията, Малхотра и Ито ги обединили в един параметър (J2), който всъщност е равносилен на ефекта „сплескано Слънце“. След това те подбрали масите и орбитите на планетите гиганти, които да осигуряват стойността на параметъра J2, необходима за възникването на резонанса на vZLK. Този прозорец от параметри на масите и орбитите се оказал доста тесен: стъпка встрани и ще настъпи хаос. Малхотра го сравнява на „условията на Златокоска“, само че за орбитите.

За първи път астрономите показаха тъмната страна на Плутон (СНИМКА)

Оказва се, че по време на ерата на миграцията на планетите условията във външните региони на Слънчевата система са се променили така, че много от транснептуновите обекти - и Плутон включително – са се озовали във резонанса на vZLK, необходим за дългосрочна стабилност.

Друг любопитен извод: Юпитер оказва основно стабилизиращо въздействие върху орбитата на Плутон, а Уран – дестабилизиращо. Но главното е, че орбитата на Плутон е наистина близо до зоната на силен хаос.

Резултатите от новата работа ще повлияят значително върху изследването на еволюцията на движението на телата в нашата система. Той налага числени ограничения върху динамиката на развитието на Слънчевата система. Рену Малхотра е убедена, че по-нататъшното изследване на миграцията на планетите гиганти ще позволи най-накрая да разберем как Плутон и други тела са се озовали на своите орбити.

ВИЖТЕ ОЩЕ: Къде се намира най-студеното място в Слънчевата система?