Astronomiya

Orbital rezonanslar və planetlərin mövqeyi

Orbital rezonanslar və planetlərin mövqeyi

Space Engine və ya Pioneer Space Simulator-a bənzər proqramlar üçün planetar sistemlərin sürətli istehsalı ilə maraqlanıram. Anladığım qədəri ilə planetlərin meydana gəlməsi çox mürəkkəb bir prosesdir və planetin mövqeləri, xüsusən qaz nəhəngi planetləri ilə, orbital rezonansların verdiyi geniş bir uzanma nöqtəsidir. Sean Raymondun bu danışığında çox aydın görünür.

Sualım: Orbital rezonanslar planetin traektoriyalarının sabitliyinə necə təsir göstərir? Planet sisteminin uzunmüddətli təkamülündə hansı rezonanslar sabit, hansısı qeyri-sabitdir?


Videonu izlədim və fərqli gənc günəş sistemlərinin modelləşdirilməsini görəndə həqiqətən sərin olduğunu düşündüm. Bəhs etdikləri orbital rezonanslar, nəhəng bir planetlə rezonans olaraq dağıntı sahələri meydana gətirən kiçik obyektlər üçündür. Yalnız daxili planetlər üçün modellərə baxdıqları üçün hazırkı günəş sistemimizlə videodakı bitə ən yaxın nümunə Jupiter's Hildas olacaqdır. Videonun həmin hissəsi üçün yalnız bir daxili ən nəhəng planet göstərdilər. Birdən çoxu üçün Rezonans cisimlərinin əksəriyyətinin Yupiterin içərisinə və ya Neptunun xaricinə düşdüyü Günəş sistemimizdəki kimi nəhəng planetlər arasında bu kimi rezonansların yaranması ehtimalı azdır.

Riyaziyyat mənim üçün dəqiq bilmək üçün çox mürəkkəbləşir, amma başa düşdüyüm kimi rezonansdakı planetlər nə sabit, nə də qeyri-sabitdir, bir planetin apheliyası digər planetin perihelionu ilə rezonansa girmirsə, bu halda planetlərin bir araya gələ biləcəyi Düşünərdim. Sualınıza mənim həvəskar cavabım budur. Orbital rezonansın sabitliyə təsir etdiyini düşünmürəm.

Bir planet dominant, digəri isə kifayət qədər kiçik olduqda, rezonanslar əsasən sabitdir (məsələn, Neptun / Pluton), bir-birlərinə heç yaxınlaşmamaq şərti ilə Neptun-Pluton.

Yupiter və Saturnun ilk günəş sisteminin bir nöqtəsində orbital rezonansa girdiyini və oxuduğumdan Günəş sistemindəki digər cisimləri təsir etdiyini, ancaq bir-birlərinə olan münasibətlərini çox təsir etmədiklərini düşünürdülər. Düşünürəm ki, hər cür cavab almağın yeganə yolu müxtəlif modeldə uzunmüddətli simulyasiyalar aparmaqdır. Qısacası, planetlər rezonansda deyil, həm rezonansda sabit ola bilər, həm də rezonansda, ya da rezonansda deyil, həm də rezonansda deyil, qeyri-sabit orbitləri varsa, rezonansda uzun müddət qalmayacaqlar .


Orbital Rezonans

Orbital rezonans hər iki ana bədənin ətrafında dövr edən iki cismin müəyyən bir qaydada olduğu bir cazibə fenomenidir. Məsələn, Planet Bill hər bir orbit üçün bir ulduz yaradırsa, Joe Planet tam üç edir, iki cisim orbital rezonansdadır (bunun işarəsi 1: 3-dir). Fiziki kainatda belə bir yazışmanın meydana gəlməsi ehtimalı çətin görünə bilər və bunun tamamilə mücərrəd bir anlayışdır, amma bu belə deyil. Əslində cazibə cisimlər müqayisə edilə bilən ölçüdə olduqda cisimləri bu rezonanslara itələyir, ancaq Yupiter və asteroiddə olduğu kimi biri digərindən daha böyükdürsə onları atır.

Əslində Günəş Sistemimizdə rezonanslar var! Ən sadə hal Neptun və Pluton arasındakı işdir. Plutonun etdiyi hər iki orbit üçün Neptun tam üç dövr edir. Bu səbəbdən, orbitlərinin keçməsinə baxmayaraq iki cismin hər birinin toqquşması qeyri-mümkündür. Bu, iki planetarın (Pluton cırtdan bir planet olmasına baxmayaraq) cəsədləri əhatə edən yeganə sabit rezonansdır, lakin Neptun orbitinin xaricindəki digər cisimlər Trans-Neptun cisimləri olaraq bilinən Neptunla rezonansdadır. Bunların əksəriyyəti Plutondan daha kiçikdir, lakin daha böyük biri məlumdur: cırtdan planet Eris. Bununla birlikdə, Erisin Neptunla tam orbital rezonansda olduğu bilinmir.

Digər Trans-Neptun cisimləri bəzən Neptunla əks-səda doğurur, ən çox rast gəlinən varlıq (obyekt: Neptun) 2: 3, Pluton və digər cisimlərə, 3: 5, 4: 7, 1: 2 və daha nadir olanlar kimi. 2: 5, 3: 4, 4: 5, 1: 4, 1: 5, 1: 3, 3: 7 ve 6:11. Sonunculardan bəziləri bəzən yalnız bilinən bir obyektə uyğundur və təsadüf ola bilər. Bəziləri də qeyri-sabitdir və daha kiçik obyektlər bir cazibə qüvvəsi ilə rezonansdan tez-tez çıxarıla bilər. 1: 1 orbital rezonansının xüsusi vəziyyəti postda, Lagrangian Points-da verilmişdir.

Neptunun orbitindən kənarda bilinən obyektləri, rezonansları və müxtəlif cisimlərin məsafələrini göstərən cədvəl.

Fərqli rezonanslar əsas asteroid kəmərindəki asteroidlərə təsir göstərir. Yupiterin cazibə qüvvəsi asteroid qurşağına böyük təsir göstərir və Neptunun rezonanslarından fərqli olaraq bir-birinə çox yaxındır. Bu səbəbdən Yupiterlə təkrar-təkrar qarşılaşmalar bu rezonanslarda mövcud olan cisimlərdən daha çox, asteroidləri başqa bir orbitə çıxarır. Bu səbəbdən 1857-ci ildə boşluqların təbiətini müşahidə edən və izah edən Daniel Kirkwoodun adını daşıyan Yupiterlə əsas orbital rezonanslarda mövcud olan Kirkwood Boşluqları deyilən boşluqlar mövcuddur. Boşluqlarla əlaqəli asteroidlərin populyasiyası göstərilmişdir. aşağıdakı şəkildə.

Bu görüntü dörd əsas rezonansı və asteroid populyasiyasına təsirlərini göstərir. Daha az sayda asteroidin sabit orbit saxlamasına səbəb olan daha zəif olanlar da var, lakin onlar o qədər də kəskin deyillər. İki nümunə 2.71 AU-da göstərilən 7: 3 və 3.03 AU-da 9: 4-dir.

Günəş Sistemimizdə Saturnun peykləri Dione və Enceladus arasında 1: 2, Saturnun peykləri Hyperion və Titan arasında 3: 4 olmaqla bir neçə başqa əsas rezonans var. Bununla birlikdə, Günəş Sistemimizdəki ən məşhur rezonans, bilinən yeganə Laplas rezonansı və ya ikidən çox cismin iştirak etdiyi rezonansdır.

Yupiterin dörd Qalileyalı ayından üçü arasındakı 1: 2: 4 rezonansdır. Io 1, Europa 2 və Ganymede 4'dür. Bu əlamətdar xüsusiyyət, Ganymede və başqa bir cismin cazibə qarşılaşması ilə ortaya çıxdı və nəticədə Ganymede orbitinin qeyri-sabitliyi ilə nəticələndi. Io və Europa'nın Yupiterlə birləşdiyi cazibə qüvvəsi sayəsində Ganymede rezonansdakı mövqeyinə yerləşdi.

Günəş Sisteminin xaricində, ekzosolyar planetlər arasında bir çox başqa orbital rezonanslar mövcuddur və bilinən bir nümunə GJ 876 olaraq kataloqu olan ulduzun ətrafında dövr edən bir cüt planetdir. Bunlar ölçüləri ilə Yupiterlə müqayisə edilə bilər və hər ikisi də valideynlərinə son dərəcə yaxındır. ulduz, Merkuri orbitinin içində olacaq, ancaq 1: 2 rezonansına sahibdir. Böyük, Yupiter böyüklüyündə olan planetlər arasındakı bu rezonans, bilinən digərlərindən daha əhəmiyyətlidir və bildiyimiz qədər bənzərsizdir.

İki cismin presessiyalarının hizalanması olan dünyəvi rezonans kimi digər rezonans növləri də mövcuddur. Əvvəlcədən bədənin eksenel əyilməsinin başlanğıc mövqeyinə dönməsi dövrüdür. Yer kürəsi üçün eksenel meyl 23.44º-dir və tam bir dövrü aparmaq təxminən 41.000 il çəkir. Bu müddət ərzində eksenel meyl 22º ilə 24º arasında dəyişir. Şimal qütbünün kosmosda göstərdiyi yer göy şimal qütbü olaraq bilinir. Vaxt keçdikcə bu dirək göylərin üzərində hərəkət edir və buna görə şimal ulduzu dəyişir. Hal-hazırda ən yaxın ulduz Polarisdir, lakin növbəti on min il ərzində tədricən uzaqlaşacaq və dövr tamamlandıqdan sonra geri dönəcəkdir. Nəticədə Vega da hər dövrdə bir müddət şimal qütb ulduzu olacaq.

Bu və digər rezonans növləri Günəş Sistemi boyunca zahirən mürəkkəb və təsadüfi cazibə qarşılıqlı təsirləri daxilində yaygındır.

Rezonans adlandırıla bilən başqa bir sinxronizasiya növü, bir peykin ana bədəndəki gelgit qüvvəsidir. Zamanla, cüt cisimlər cazibə qüvvəsi ilə bir-birlərini dartır, hər birinin bir az ağır tərəfini içəri doğru itələyirlər ki, kiçik cismin fırlanma dövrü nəhayət inqilab dövrü ilə tamamilə eynidir və səliqəli şəkildə kilidlənir. Günəş sistemindəki bir çox ay bu xüsusiyyəti sərgiləyir və ən çox bilinən öz ayımızdır. Bunun yalnız bir üzünü görürük, çünki yer üzünə yığışdırılıb. Bununla yanaşı, bununla yanaşı, Aydan yavaş-yavaş Yer kürəsini kilidləyən bir cazibə qüvvəsi də var və Yer günü yavaş-yavaş uzanır və hər il sadəcə bir saniyənin hissələri ilə artır. Əlavə olaraq, Marsın iki ayı, Yupiterin aylarından ən azı səkkiz, Saturnun on beşini, Uranı beş, Neptunu ikisi və Pluto-Charon sistemi (hər iki cisim bir-birinə kilidlidir). Bundan əlavə, bir ulduzun və nəhəng planetinin bir-birinə səliqəli şəkildə kilidləndiyi qarşılıqlı gelgit kilidlənməsinin bilinən bir ekstrasolar nümunəsi var.

Digər bir xüsusi gelgit kilidləmə növü də Merkuri-Günəş sistemidir. Merkuri Günəş ətrafında hər iki dövr üçün Merkuri öz oxunda üç dəfə fırlanır. Bu əlaqənin sabit olduğu bilinir, ancaq bənzərsiz bir haldır.

Rezonanslar tapmaq çətin olan və anlaşılması daha da çətin olan göydəki sirli əlaqələrdir.


Mündəricat

17-ci əsrdə Nyutonun ümumdünya cazibə qanununun kəşfindən bəri, Günəş sisteminin sabitliyi Laplasdan başlayaraq bir çox riyaziyyatçı ilə məşğul olmuşdur. İki cismə yaxınlaşmada ortaya çıxan sabit orbitlər digər cisimlərin təsirini nəzərə almır. Əlavə edilən bu qarşılıqlı təsirlərin Günəş sisteminin dayanıqlığına təsiri çox azdır, lakin əvvəlcə orbital parametrləri əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirmək və tamamilə fərqli bir konfiqurasiyaya gətirib çıxarmaq üçün daha uzun müddətə əlavə edə biləcəkləri və ya başqa bir şeyin olmadığı məlum deyildi. sabitləşdirici təsirlər planetlərin orbitlərinin konfiqurasiyasını qoruya bilər.

Qalileyalı ayların diqqətəlayiq rəqsini izah edən ilk cavabları tapan Laplas idi (aşağıya bax). Bu ümumi tədqiqat sahəsinin o vaxtdan bəri çox aktiv olduğunu və hələ çox şey başa düşülmədiyini söyləmək düzgündür (məsələn, nəhəng planetlərin halqalarının hissəcikləri ilə moonletlərin qarşılıqlı əlaqələrinin üzüklərin qorunması ilə nəticələnməsi).


Ən Zəif Cırtdan Qalaktikalar

Joshua D. Simon
Cild 57, 2019

Mücərrəd

Ən aşağı parlaqlıq (L) Samanyolu peyk qalaktikaları, qalaktika parlaqlığı funksiyasının həddindən artıq alt sərhədini təmsil edir. Bu ultra zəif cırtdanlar ən qədim, qaranlıq maddə üstünlük təşkil edən, metal yoxsul və ən az kimyəvi cəhətdən inkişaf etmiş ulduz sistemləridir. Daha çox oxu

Əlavə materiallar

Şəkil 1: Zamanın funksiyası olaraq Samanyolu peyk qalaktikalarının siyahıyaalınması. Burada göstərilən obyektlər, spektroskopik olaraq təsdiqlənmiş bütün cırtdan qalaktikaları və l-ə əsaslanan cırtdanlardan şübhələnilənləri əhatə edir.

Şəkil 2: Samanyolu peyklərinin mütləq böyüklükdə () və yarım işıq radiusunda paylanması. Təsdiqlənmiş cırtdan qalaktikalar tünd göy rəngli dairələr və cırtdan qala olduğundan şübhələnilən obyektlər kimi göstərilir.

Şəkil 3: Mütləq böyüklüyün funksiyası olaraq ultra zəif Samanyolu peyklərinin mənzərə xətti sürət dispersiyaları. Ölçmələr və qeyri-müəyyənliklər səhv çubuqları olan mavi nöqtələr kimi göstərilir və% 90 c.

Şəkil 4: (a) Parlaqlıq funksiyası olaraq ultra zəif Samanyolu peyklərinin dinamik kütlələri. (b) Bir funksiya olaraq ultra zəif Samanyolu peykləri üçün yarım işıq radiusundakı kütlə ilə işıq nisbətləri.

Şəkil 5: Samanyolu peyklərinin mütləq böyüklüyündən asılı olaraq ortalama ulduz metallıqları. Təsdiqlənmiş cırtdan qalaktikalar tünd göy rəngli dairələr və cırtdan olduğundan şübhələnilən obyektlər kimi göstərilir.

Şəkil 6: Ultra zəif cırtdanlarda ulduzların metallıq paylanma funksiyası. Burada göstərilən metalliklərə dair istinadlar Əlavə Cədvəl 1-də verilmişdir. Bu məlumatların kifayət qədər heterojen olduğunu qeyd edirik.

Şəkil 7: UFD-lərdə ulduzların kimyəvi bolluq nümunələri. Burada (a) [C / Fe], (b) [Mg / Fe] və (c) [Ba / Fe] nisbətləri metallıq funksiyaları olaraq göstərilmişdir. UFD ulduzları rəngli diamo şəklindədir.

Şəkil 8: Zəif ulduz sistemlərinin məsafə, mütləq böyüklük və tədqiqat dərinliyinin funksiyaları kimi aşkarlanması. Qırmızı döngə, bir cismdəki 20 ən parlaq ulduzun parlaqlığını bir funksiya olaraq göstərir.

Şəkil 9: (a) Segue 1-in rəng ölçüsü diaqramı (Muñoz və digərlərinin fotometriyası 2018). Kölgəli mavi və çəhrayı böyüklük bölgələri mövcud mühitlə əldə edilə bilən təxmini dərinliyi göstərir.


4 MÜZAKİRƏ

Həm nəzəri, həm də müşahidə xarakterli araşdırma xətləri, orta hərəkət rezonanslarının planetar sistemlərin meydana gəlməsində və uzunmüddətli təkamülündə mərkəzi rol oynadığını göstərir (bax: məsələn, Morbidelli və digərləri 2007 Rivera və digərləri 2010 Deck və digərləri 2012 Goldreich & amp Schlichting 2014 və buradakı istinad). Bu həqiqət saysız ədədi təcrübələrin bir nəticəsi olaraq yaxşı tanınsa da (Quillen 2006 Ketchum et al. 2011 Ogihara & amp Kobayashi 2013), bu günə qədər planetlərin rezonansa tutulması şərtlərinin hərtərəfli keyfiyyətcə başa düşülməsi əlçatmaz olaraq qaldı. Bu işdə ümumi, analitik bir şəkildə rezonansa tutulmaq üçün bir model formalaşdırmaq istiqamətində addımlar atdıq. İnkişafımız ədədi təcrübələrin nəticələrinin şərh oluna biləcəyi əsas bir çərçivə təmin edir. Bundan əlavə, dinamik simulyasiyaların nəticələrini məlumatlandırmaq üçün istifadə edilə bilən bir sıra sadə meyarları təqdim edirik.

Rezonanslı görüşlərin nəzəri təhlili üçün praktik resept olaraq aşağıdakı hesablama qaydasını təklif edirik.

Sistemin konvergent təkamül sürəti adiabatik şərti təmin edirmi? Qazlı disklə qarşılıqlı təsirlər, planetesimalların səpələnməsi və ya gelgit təkamülü ilə əlaqəli spesifik orbital miqrasiya halları üçün (48) və ya (50), (53) və (55) ifadələri sırasıyla istifadə edilə bilər. Alternativ olaraq ümumiləşdirilmiş adiabatik meyar (43) və ya sadələşdirilmiş forması (44) istifadə edilə bilər. Kriteriya pozulursa, ələ keçirilməyəcəkdir.

Rezonanslı qarşılaşma adiabatik rejimdədirsə, tutma dəqiqdirmi? Bu ifadə (22) istifadə edərək qiymətləndirilə bilər. Apsidal xətlərdəki fərqlər, Δϖ mövcuddursa, zəmanətli tutma tənliyi birbaşa istifadə edilə bilər. Δϖ məlum deyilsə, Δϖ = π qəbul etmək həssasdır, çünki bu, ən mühafizəkar qiymətləndirməni verir.

Adiabatik tutulmaya zəmanət verilmirsə, tutma ehtimalı nə qədərdir? Δϖ bilinirsə, rezonansdan uzaq olan başlanğıc şərt (27) ifadəsindən istifadə edərək rezonansın qeyri-sabit sabit nöqtəsinin separatrix keçidindəki yeri ilə əlaqələndirilə bilər. Müvafiq ehtimal daha sonra (28) tənliyindən istifadə etməklə hesablana bilər. Δϖ dəqiqləşdirilməyibsə, (45) tənliyi ilə verilən ortalama tutma ehtimalı hesablana bilər.

Bu işdə, inkişaf etmiş formalizmdən istifadə edərək iki xüsusi tətbiqi nəzərdən keçirdik. Əvvəlcə Yupiterin və Saturnun ilkin günəş dumanıdakı orbitlərinin sayca yaxşı modelləşdirilmiş təkamülünü təhlil etdik (Pierens və digərləri, 2014 və buradakı istinadlar). Bu problemin əhatəsində nəzəri dəlillərimiz, Yupiter və Saturnun 2: 1 rezonansına deyil 3: 2 rezonansına qapılma meylinin Saturnun sürətli köçünün bir nəticəsi olduğu barədə əvvəllər söylənilən düşüncəni təsdiqlədi (məsələn, Morbidelli & amp Crida 2007). əlaqəli adiabatik kriteriyanın pozulması. Sonradan aşkarlanan yaxın Jovian çox planetli sistemlərin əksərən rezonans olmayan orbital paylanmasının mənşəyini nəzərdən keçirdik. Kepler (Batalha et al. 2013 Fabrycky et al. 2014). Xüsusi olaraq, aşağı kütləli planetlərin ümumiyyətlə biraz eksantrik yörüngələrdə yerləşdiklərini göstərdik (yəni. e ≳ 0,02) doğuş disklərinə batdıqda, rezonans tutma şansı çox azalır.

Nəzəri cəhətdən əldə edilən eşik eksantrikliklərinin (aşağıda rezonanslı tutulmasına maneə olduğu), indiki nəzəri cəhətdən indiki dəyərlərlə demək olar ki, eynidir. Kepler nümunə (Wu & amp; Lithwick 2013), dairəvi orbitlərdən bu incə sapmaların fiziki mənşəyini təyin etməmişik. Prinsipcə, belə bir həyəcana səbəb ola biləcək çox sayda dinamik mexanizm mövcuddur. Bunların arasında turbulent məcburetmə ilə orbital həyəcanlar (Nelson & amp Papaloizou 2004 Adams & amp Bloch 2009) və protoplanetary dumanlıqlarda şiddətli dinamik qeyri-sabitlik yaşaya biləcək uzaq kütləvi planetlərlə qarşılıqlı təsirlər var (Lega, Morbidelli & amp Nesvorný 2013).

Mübahisəli şəkildə daha maraqlı bir fikir sabit vəziyyətdəki sıfır olmayan eksantrikliklərin birbaşa planetlərin öz doğum diski ilə qarşılıqlı təsirlərindən qaynaqlana bilməsi. 20 Son ədəbiyyatın bir hissəsi, mükəmməl dairəvi protoplanetar dumanlıqların ənənəvi nəzəri sadələşdirilməsinin əksinə olaraq, həqiqi disklərin eksenel simmetriyadan xeyli kənarlaşmalar nümayiş etdirdiklərini və həqiqətən qlobal səviyyədə yanaşdıqlarına inandıqlarını göstərdi (Brown et al. 2009 Tang et al. 2012 Casassus et al. 2013 Fukagawa et al. 2013 Isella et al. 2013 van der Marel et al. 2013 Bruderer et al. 2014 Pérez et al. 2014). Tozun davamlı dalğa boyu zolağında aparılan müşahidələr qazın eksenik olmayan qeyri-sıxlığını (disk kütləsinin böyük əksəriyyətini tutan) ciddi şəkildə çox təmsil etsə də, ALMA müşahidələrini izah etmək üçün lazım olan qaz diski eksantrikləri 21 (Mittal & amp Chiang) 2015) bir az dairəvi olmayan yörüngələrdə aşağı kütləli planetləri narahat etmək üçün çox yaxşı ola bilər. Bu işdə bu fikri araşdırmaq üçün ilkin addımlar atdıq, şübhəsiz ki, bu fərziyyənin həyat qabiliyyətini kəmiyyətcə qiymətləndirmək üçün əlavə səylər tələb olunur.

Rezonanslı tutma üzrə analitik tədqiqatımız, rezonans dinamikası üçün eyni inteqrasiya olunan formalizmi tətbiq edən bir sıra son inkişafları tamamlayır. Yaxından əlaqəli bir işdə (Batygin & amp Morbidelli 2013b) rezonans dinamikanın intuitiv bir həndəsi şəkildə necə təmsil oluna biləcəyini göstərdik və fərqli rezonanslı qarşılaşmaların (tutmağın mütləq uğursuz olduğu yerlərdə) sistemi davamlı bir apsidal anti-hizalı vəziyyətdə tərk etdiyini göstərdik. Eyni formalizmdən istifadə edərək, Deck et al. (2013) məhdudiyyətsiz eliptik üç cisim problemində xaotik hərəkətin başlanğıcını nəzərdən keçirdi və göstərdi ki, birinci dərəcəli rezonans üst-üstə düşmə meyarı planet-planet kütlə nisbətindən təxminən asılı deyil. Bu, rezonans tutma prosesi və əlaqəli adiabatik ərəfənin yalnız məcmu ikincil kütlənin birincil kütləyə nisbətindən güclü asılılıq göstərməsi ilə tamamilə uyğun gəlir.

Nəzəriyyəmizin genişləndirilməsinin bir neçə yolu var. Buna görə, məqaləni gələcək inkişaf üçün mümkün istiqamətlərin siyahısı ilə yekunlaşdırmaq istəyirik.

Rezonansdan uzaq göstərilən orbital şərtlərlə rezonanslı qarşılaşmada olanlar arasında daha yaxşı bir əlaqə əldə etmək üçün qarşılaşmadan əvvəl dünyəvi təkamülü xarakterizə etmək səmərəli ola bilər. Bu, hərəkətin əsl dəyərini daha yaxşı məlumat verə bilər | $ mathcal $ | separatrixin meydana çıxdığı anda.

Modelin daha eksiksiz bir versiyası xarici eksantrikliyin azalması və ya həyəcanlanmanın təsirlərini özündə birləşdirə bilər (məsələn, Lee & amp Peale 2002 Goldreich & amp Schlichting 2014). Eksantriklərin birbaşa modulyasiyası hərəkətin dəyərində müvafiq dəyişikliklərə səbəb olacaq və | $ mathcal $ | | $ mathcal-dən kiçik bir dəyərdən keçmək _ < rm > $ | onu aşan bir dəyərə və ya ayənin əksinə. Bu təsirin daxil edilməsinin ələ keçirmə ehtimallarının formalaşmasına təsir etməməsi mümkündür, çünki zamandan asılı olan kanonik koordinatların müəyyənləşdirilməsini nəzərdə tutmaq olar ki, burada | $ mathcal $ | tikinti ilə qorunur və δ-nin təkamül sürəti müvafiq olaraq sürətlənir və ya azalır (Henrard 1993). Bununla birlikdə, bu iddia açıq şəkildə sınaqdan keçirilməyə layiqdir.

Ehtimal ehtimalına dair təhlillərimizdə yaxşı müəyyən edilmiş bir separatrixin kəsişməsini nəzərdən keçirmək üçün ənənəvi yanaşmanı qəbul etdik və beləliklə xaosun təsirlərini laqeyd yanaşdıq. Əslində, daha yüksək sifariş şərtlərinin eksantriklik və meyldə saxlanması, sərbəstlik dərəcələrinin sayını artıracaq və Hamiltonianı inteqrasiya olunmaz hala gətirəcəkdir. Çoxsaylı sərbəstlik dərəcəsi olan bir sistemdə separatrixin yaxınlığı xaotik bir təbəqəyə bürünə bilər və bu rezonanslı qarşılaşmaların nəticəsini dəyişdirə bilər (stoxastik təbəqənin kəsişməsini xarakterizə etmək cəhdləri əvvəllər Henrard & amp Morbidelli 1993) .

Hal-hazırda rezonanslı tutma nəzəriyyəsi xarici stoxastik qüvvələri nəzərə almır. Bununla birlikdə, bu cür təsirlərin rezonansların kilidlənməsi və uzunömürlülüyünü pozduğu göstərilmişdir (Rein & amp Papaloizou 2009 Paardekooper, Rein & amp Kley 2013). Tutulma ehtimalındakı bu azalma üçün daha mükəmməl bir nəzəri çərçivə, bəlkə də stokastik hesablamanın köməyi ilə qurula bilər (məsələn, Adams və digərləri. 2008 Batygin, Morbidelli & amp Holman 2015, əlaqədar bir müzakirə üçün).

İkinci dərəcəli rezonanslar üçün bir qədər daha yaxın (lakin ruhən burada edilənlərə bənzər) birləşdirilə bilən model bu yaxınlarda Delisle və digərləri tərəfindən təqdim edilmişdir. (2014). Buna görə, məhdudlaşdırılmış problemdə (Henrard 1982 Borderies & amp Goldreich 1984) ikinci dərəcəli rezonanslar üçün mövcud tutma nəzəriyyəsi eliptik problem üçün də qəbul edilə bilər.

Kumulyativ olaraq, potensial olaraq həyata keçirilə bilən nəzəri genişlənmənin əhəmiyyətli dərəcədə əhəmiyyətli olduğu aydındır. Bununla birlikdə, yuxarıda təklif edilənlər kimi inkişaflar, şübhəsiz ki, planet sisteminin formalaşması və təkamülü üçün hərtərəfli bir modelin qurulmasına kömək edəcəkdir və beləliklə də yaxşı motivasiyalıdır.

Katherine Deck, Chris Spalding, Peter Goldreich, Greg Laughlin, Heather Knutson, Geoff Blake, Renu Malhotra və Mike Brown'a, ilhamverici söhbətlər üçün, eləcə də əlyazmanı diqqətlə nəzərdən keçirən və dərin təkliflər verən Alessandro Morbidelliyə təşəkkür edirəm. kağızın əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılması.

Bu cür sistemlərə GJ 876, Kepler-79 və Kepler-223 nümunələri daxildir.

Həqiqətən, bu dəqiq prosesin Günəş sisteminin xarici bölgələrində Yupiter və Saturnun tutulmasından məsul olduğuna inanılır (Morbidelli & amp Crida 2007 Pierens et al. 2014).

Bu cür sistemlərin uzun müddətli nebulyar stabilliyi ayrı, əhəmiyyətsiz bir məsələdir (Chambers, Wetherill & amp Boss 1996 Mahajan & amp Wu 2014).

Spin-orbit rezonansları daxilində ehtimal tutma konsepsiyasının ilk dəfə Goldreich & amp Peale (1966) tərəfindən tanıdıldığını qeyd etmək lazımdır.

Göründüyü kimi, bu cür bir transformasiya ilk dəfə Poincaré (1899) tərəfindən təklif edilmişdir.

Bu, Batygin & amp Morbidelli (2013b) tərəfindən tətbiq ediləndən biraz fərqli bir miqyasdır.

İşarələr yalnız rezonans tarazlıq nöqtəsinin ψ = 0 və ya ψ = π -də yerləşdiyini və bu səbəbdən müzakirə üçün vacib olmadığını müəyyənləşdirir.

Alternativ olaraq, arasındakı bərabər bir əlaqə səhq (15) tənliyindən əldə etmək olar.

Bu ifadə çərçivəsində $ | mathcal dəyərinin başa düşülməlidir

$ | birliyi aşan sadəcə müəyyən bir ələ uyğun gəlir.

Adiabatik olmayan təkamül rezonansın rezonansa qapılmadan daxili dövriyyə bölgəsinə sıçramasına səbəb olacaqdır. Beləliklə, kitablaşdırma tezliyini daxili dövriyyə bölgəsinin ilk dəfə göründüyü δ dəyərində, yəni δ hesab etmək mantiqidir.C. Bu δ dəyərində value minimum dəyərini ∼10 faiz üstələyir.

Konkret olaraq, fraksiya dəyişikliyi ∼1 faiz sırasındadır.

Bu işin məqsədi üçün, "tip-III" deyilən orbital nəqliyyat rejimini laqeyd yanaşacağıq.

Bu tərifdə dolayısı ilə varsayılır a2 diskin kəsmə radiusunu xeyli üstələyir.

Qəti şəkildə desək, bu yalnız planet kütləsi viskoz yığılma prosesini pozacaq qədər böyük deyilsə doğrudur. Başqa sözlə, planetin qonşuluğundakı açısal impuls büdcəsinin hakim hissəsi disk materialında yerləşməlidir. Kəmiyyət olaraq bu meyar nə zaman təmin edilir m ≲ 4π Σ a 2, burada Σ boşluqdan dərhal kənarda olan qaz səthinin sıxlığıdır (Baruteau və s. 2014).

Mənşəyi bu qeyri-sabitliyə aid edilə bilən bir çox xüsusiyyət arasında gec ağır bombardman dövrü (Gomes et al. 2005 Levison et al. 2011), Jupiter Trojan asteroids (Morbidelli et al. 2005), nizamsız peyk populyasiyaları deyilir. nəhəng planetlər (Nesvorný, Vokrouhlický & amp Morbidelli 2007) və Kuiper kəmərinin dinamik quruluşu (Levison et al. 2008 Batygin, Brown & amp Fraser 2011).

Bununla yanaşı, Peile & amp Lee (2002) və Canup & amp Ward (2002), Galilean peykləri arasında Laplas rezonansının yığılmasına dair alternativ, planetar bir disk əsaslı görünüş üçün baxın.

Mümkün olan ən kiçik dəyər Q boynuna götürə bilən birlikdir. Fiziki olaraq, bu, tək bir gelgit dövrü içərisində yığılmış bütün enerjinin tamamilə dağılmasına cavab verəcəkdir. Bununla birlikdə, zəif sürtünmə nəzəriyyəsinin [bərabərliyin (54) əldə edildiyi kontekstdə] tətbiq edilməsi üçün, Q birliyi çox aşmalıdır (Hut 1981).

Hamiltonianın (1) formulasiyasına xas olan aşağı eksantriklik və meylin fərziyyələri, müalicəmizi Günəş sisteminin nizamsız peykləri üçün əsasən tətbiq olunmaz hala gətirir.

Alternativ görünüş üçün Goldreich & amp Sari (2003) və Tsang (2014) baxın.

Planet-disk qarşılıqlı təsirindən qaynaqlanan ekssentriklik modulyasiyasının zaman miqyası, yarı əsas ox təkamülünə uyğun olduğundan demək olar ki, çox qısadır (Goldreich & amp Tremaine 1980 Lee & amp Peale 2002).

Qlobal açılı disk rejimlərinin saxlanmasından məsul ola biləcək mexanizmlər arasında disk öz çəkisi (Dury et al. 2008 Mittal & amp Chiang 2015, həmçinin bununla əlaqəli müzakirə üçün Touma, Tremaine & amp Kazandjian 2009 Batygin 2012) və hidrodinamik qüvvələr (Larwood et al.1996 Xiang-Gruess & amp Papaloizou 2014). Üstəlik, disk eksantriklərinin həyəcanı inkişaf etmiş ulduz çoxluğu nümayiş etdirdiyi yaxşı bilinən ulduz meydana gəlməsi mühitində keçən və ya bağlanmış ulduzların xarici narahatlıqlarından yarana bilər (Duchêne & amp Kraus 2013).


Astronomiya Fəsil 8

Bir jovian planetinə kütlə əlavə etmək altındakı qaz təbəqələrini sıxır.

Daha böyük sıxılma budur ki, Yupiter 3 qat daha böyük olsa da, ölçüsünə görə Saturndan daha böyük deyil.

Hidrogen, elektronları sərbəst hərəkət etdiyi üçün böyük dərinliklərdə bir metal kimi fəaliyyət göstərir.

Nüvə, qaya, metal və hidrogen birləşmələrindən ibarətdir.

Fərqli bulud təbəqələri, müxtəlif hidrogen birləşmələrinin donma nöqtələrinə uyğundur.
(Yuxarıdan aşağıya: Ammonyak, ammonium hidrosulfid, su)

Orta aylar (300-1500 km)
Keçmişdə geoloji fəaliyyət

Böyük miqdarda buz var

Jovian planetlərinin ətrafındakı orbitdə meydana gəlmişdir

Geoloji fəaliyyətin aydın sübutları

Gelgitən istilik yoxdur, orbital rezonans yoxdur

Günəş sistemindəki qalın bir atmosferə sahib olan tək aydır

Əsasən az miqdarda argon, metan və etandan ibarət olan azotdan ibarətdir.

Üzüklərin ortasındakı qaranlıq boşluğa Cassini bölgüsü deyilir

Üzüklər planet meydana gəlməsindən qalmır, çünki hissəciklər bu qədər uzun müddət yaşamaq üçün çox kiçikdir.


Orbital rezonanslar və planetar meydana gəlmə sahələri

Planesimal sürünün nəhayət tam ölçülü planetlərə yerləşdiyi yerlərin müəyyən edilməsində orbital rezonanslar mühüm rol oynamış ola bilər. Planetlərin bir neçə cütü, həqiqətən, hazırda nisbətən qiymətləndirilə bilən orbital dövrlərə sahibdir, lakin rezonanslarla planetin əmələ gəlməsinə nəzarət məsələsi, bir çox cütün müqayisə oluna bilməməsi və ən güclü rezonansda mövcud olmayanların mütləq olmaması ilə zəifləyir. Bununla birlikdə, erkən günəş sisteminin təkamülündə meydana gələn kütləvi itki və bölgü, planetlərin və planetlərin embrionlarının sürü içindəki mövqelərini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişdirə bilər. Planetimal böyümənin 2: 1 daxili və 1: 2 xarici rezonanslarla planetar embrionların qaçaq böyüməsini əmələ gətirən erkən formalaşmış Yupiterlə sürətləndirildiyi bir kaskad rezonans quruluşu fərziyyə olunur. Bu embrionlar öz rezonanslarını yaradırlar ki, bu da öz növbəsində embrionların rezonanslı bir konfiqurasiyası yaratmaq üçün içəriyə və xaricə ardıcıl olaraq yayılan bir müddətdə əlavə embrionlara səbəb olur. Bu şəkildə, Yupiterin erkən mövcudluğu, yığılmış planetar sürüyə harmonik bir quruluş tətbiq etdi. Səth sıxlığı ilə −1.2 indeksinin güc qanununa tabe olan bir yığılma diski üçün planet embrionlarının mövqeləri indiki planet mövqelərinin çoxu ilə Titius-Bode qanununun verdiyi qədər yaxşı bir sazişə çevrilə bilər.


Uzaq planet TOI-178 sisteminin qəribə musiqisini eşidin

Yuxarıdakı animasiya TOI-178 ulduz sistemindəki planetlərin orbitlərini və hərəkətlərini əks etdirir. Nadir rezonans orbitlərində kilidlənmiş bu altı ekzoplanetdən birindən başqa hamısı. Bu ulduza təxminən 200 işıq ili məsafədədir. Planetlər ulduzun ətrafında fırlandıqda, bəzi planetlərin hər bir neçə orbitdə düzəldilməsi ilə ritmik olaraq təkrarlayan naxışlar düzəldirlər. Bu gün (25 yanvar 2021) yeni tapıntı elan edən Avropa Kosmik Agentliyi & # 8211, planetlərin kosmosdakı bir teleskop olan Cheops planet gözətçisi tərəfindən toplanan məlumatlarda tapıldığını söylədi. Onların sərbəst buraxılması dedikləri tapıntı:

& # 8230, planetin formalaşmasının mövcud nəzəriyyələrinə meydan oxuyur.

Nəticələr bu gün (25 yanvar 2021) jurnalda dərc edildi Astronomiya və Astrofizika.

Rəssamın yuxarıdakı və Avropa Cənubi Rəsədxanasından keçən animasiyasında & # 8211; planetlərin mərkəzi ulduzu ətrafında ritmik hərəkəti musiqi ahəngi ilə təmsil olunur:

& # 8230, planetlərin hər birinə bir qeyd (pentatonik miqyasda) aid edərək yaradıldı. Bu not, planetlərin orbitlərindəki bu nöqtələrə uyğunlaşdıqda bir planet tam bir orbit və ya bir yarım orbit tamamladıqda oynayır, rezonansla çalınır.

Beləliklə, TOI-178 sistemindəki beş aləm kürələrin bir növ musiqisini yaradır. Bu vaxt, ESA, planetlərin bir-birindən çox fərqli kompozisiyalara sahib olduğunu söylədi.

Bu qrafik, ESA-nın ekzoplanet gözətçisi Cheops tərəfindən aşkar edildiyi kimi, TOI-178 planet sisteminin bir təmsilçisidir. Sistem 6 ekzoplanetdən ibarətdir ki, bunlardan 5-i mərkəzi ulduzda fırlanarkən nadir ritmik rəqsdə kilidlənir. 2 daxili planetin quru sıxlığı var (Yer kimi), xarici 4 planet isə qazdır (Neptun və Yupiter kimi sıxlığı ilə). 5 xarici planet öz orbitlərində hərəkət edərkən ritmik bir rəqsi izləyir. ESA vasitəsilə şəkil.

Bu uzaq planetlər, kosmosda rezonans orbitlərini izlədiyi bilinən yeganə obyekt deyil. Yupiterin üç ayı & # 8211 Io, Europa və Ganymede oxşar bir şey edir. Avropanın hər bir orbitində Ganymede iki, Io dörd dövrəni tamamlayır. Astronomlar bunun 4: 2: 1 nümunəsi olduğunu söyləyərdilər. ESA izah etdi:

TOI-178 sistemində, rezonanslı hərəkət 18: 9: 6: 4: 3 nümunəsindən sonra beş planetin iştirak etdiyi üçün daha mürəkkəbdir. Ulduzdan gələn ikinci planet (nümunədəki ilk) 18 orbiti, ulduzdan gələn üçüncü planet (nümunədəki ikinci) doqquz dövrü tamamlayır və s.

Bern Universitetindən Astrofizik Adrien Leleu, Cenevrə Universiteti və Milli PlanetS Tədqiqat Səriştəsi Mərkəzi araşdırmaya rəhbərlik etdi. Komandası, TOI-178 ulduzunun ətrafında dövr edən altı planetin beşi arasındakı əlaqələri tapdı. Leleu dedi:

This result surprised us, as previous observations with the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) of NASA pointed toward a three-planets system, with two planets orbiting very close together. We therefore observed the system with additional instruments, such as the ground based ESPRESSO spectrograph at the European Southern Observatory (ESO)’s Paranal Observatory in Chile, but the results were inconclusive.

When Leleu and his colleagues first proposed to investigate the system more closely, they weren’t sure what they’d find. Leleu said:

After analyzing the data from 11 days of observing the system with CHEOPS, it seemed that there were more planets than we had initially thought.

The team had identified at least five planets. They decided to invest another day of precious observation time on the system to confirm. They found that there were indeed five planets present with orbital periods of around 2, 3, 6, 10 and 20 days respectively.

While a system with five planets would have been quite a remarkable finding in itself, Leleu and his colleagues noticed that there might be more to the story: the system appeared to be in harmony. Leleu explained:

Our theory implied that there could be an additional planet in this harmony however its orbital period needed to be very nearly 15 days.

Adrien Leleu of the Center for Space and Habitability (University of Bern, the University of Geneva and the National Center of Competence in Research PlanetS). Image via University of Bern.

To check if their theory was in fact true, the team scheduled yet another observation with CHEOPS, at the exact time that this missing planet would pass by, if it existed. But then, an accident threatened to cancel their plans. Co-author Yann Alibert at the University of Bern commented:

Just before the time of the observation, a piece of space debris threatened to collide with the CHEOPS satellite.

Therefore, the control center of the European Space Agency (ESA) initiated an evasive
maneuver of the satellite and all observations were interrupted. Another co-author, Nathan Hara of the University of Geneva, said:

But to our great relief, this maneuver was done very efficiently and the satellite could resume observations just in time to capture the mysterious planet passing by. A few days later, the data clearly indicated the presence of the additional planet and thus confirmed that there were indeed six planets in the TOI-178 system.

With that came another surprise: compared to the harmonic, orderly way the planets orbit around their star, their densities appear to be a wild mixture. ESA Project Scientist Kate Isaak said:

It is the first time we observed something like this. In the few systems we know with such a harmony, the density of planets steadily decreases as we move away from the star. In the TOI-178 system, a dense, terrestrial planet like Earth appears to be right next to a very fluffy planet with half the density of Neptune followed by one very similar to Neptune.

The system therefore turned out to be one that that challenges our understanding of the formation and evolution of planetary systems.

Artist’s concept of the TOI-178 system with the planet in the foreground orbiting most distantly around the star. Image via ESO. Another artist’s concept of the system.

Bottom line: The star system TOI-178 now is known to have 6 exoplanets, with all but one locked in rare resonance orbits. As the planets orbit the star, they make patterns that repeat rhythmically, with some planets aligning every few orbits. The European Space Agency announced the finding on January 25, 2021. It said the planets were found in data collected by its orbiting CHEOPS planet-hunter telescope.


Mündəricat

Ever since the discovery of Newton's law of universal gravitation in the 17th century, the stability of planetary orbits has preoccupied many mathematicians, starting with Laplace. The stable orbits that arise in a two-body approximation ignore the influence of other bodies. These added interactions, even when very small, might add up over longer periods to significantly change the orbital parameters and leading to a completely different configuration of the Solar System. Or, it was thought, some other stabilising mechanisms might be there. It was Laplace who found the first answers explaining the remarkable dance of the Galilean moons (see below). It is fair to say that this general field of study has remained very active since then, with plenty more yet to be understood (e.g. how interactions of moonlets with particles of the rings of giant planets result in maintaining the rings).


Exoplanetary System Found With 6 Worlds in Orbital Resonance

200 light-years away from Earth, there’s a K-type main-sequence star named TOI (TESS Object of Interest) 178. When Adrian Leleu, an astrophysicist at the Center for Space and Habitability of the University of Bern, observed it, it appeared to have two planets orbiting it at roughly the same distance. But that turned out to be incorrect. In fact, six exoplanets orbit the smallish star.

And five of those six are locked into an unexpected orbital configuration.

Five of the planets are engaged in a rare rhythmic, dance around the star. In astronomical terms, they’re in an unusual orbital resonance, which means their orbits around their star display repeated patterns. That property makes them an intriguing object of study and one that could tell us a lot about how planets form and evolve.

“Through further observations, we realized that there were not two planets orbiting the star at roughly the same distance from it, but rather multiple planets in a very special configuration.”

Adrian Leleu, Center for Space and Habitability, University of Bern.

Adrian Leleu leads a team of researchers who studied the unusual phenomenon. They presented their findings in a paper titled “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178.” The paper is published in the journal Astronomy and Astrophysics.

In the team’s initial observations, it appeared there were only two planets, as five of them move in such a way as to deceive the eye. But further observations showed that something else was happening in the system. “Through further observations, we realized that there were not two planets orbiting the star at roughly the same distance from it, but rather multiple planets in a very special configuration,” said lead author Leleu.

TOI-178’s orbital resonance is similar to another familiar orbital resonance right here in our own Solar System. That one encompasses Jupiter’s moons Io, Europa, and Ganymede.

The orbital resonance shared by Ganymede, Europa, and Io is fairly simple. Io makes four full orbits for every single orbit of Ganymede and two full orbits for Europa’s full orbit. But the planets around TOI-178 have a much more complex relationship.

TOI-178’s five outer planets are in a 18:9:6:4:3 chain of resonance. The first in the chain and second from the star completes 18 orbits, the second in the chain and third from the star completes 9 orbits, and it continues on from there. The closest planet to the star isn’t part of the chain.

For a system to be orbiting its star in such an orderly and predictable fashion, conditions had to be relatively sedate in this system. Giant impacts or planet migrations would have disrupted it. “The orbits in this system are very well ordered, which tells us that this system has evolved quite gently since its birth,” explained co-author Yann Alibert from the University of Bern.

In our Solar System the small inner planets are all rocky, while the planets in the outer Solar System are large and gaseous. Beyond Neptune is a region of ice dwarf planets and Kuiper Belt Objects. Image credit: NASA/JPL/IAU

In our Solar System, the inner planets are rocky, and the planets beyond the asteroid belt are not they’re gaseous. This is one of those instances where we might be tempted to think our Solar System represents some sort of norm. But the TOI-178 system is much different. Gaseous and rocky planets are not delineated like in our system.

“It appears there is a planet as dense as the Earth right next to a very fluffy planet with half the density of Neptune, followed by a planet with the density of Neptune. It is not what we are used to,” said Nathan Hara from the Université de Genève, Switzerland, one of the researchers involved in the study.

“This contrast between the rhythmic harmony of the orbital motion and the disorderly densities certainly challenges our understanding of the formation and evolution of planetary systems,” says Leleu.

The team used some of the European Observatory’s most advanced, flagship instruments in this work. The ESPRESSO instrument on the VLT, and the NGTS and SPECULOOS instruments at the ESO’s Paranal Observatory. They also used the European Space Agency’s CHEOPS exoplanet satellite. These instruments all specialize in one way or another with the study of exoplanets, which are virtually impossible to detect with a “regular” telescope.

Exoplanets are a long way away from Earth, and the overpowering light from their stars makes them nearly invisible in a regular optical telescope.

The instruments used in this study detect and characterize exoplanets in a couple of different ways. But it all comes down to detecting light. The transiting method used by the NGTS (Next-Generation Transit Survey), CHEOPS (Characterizing ExOPlanet Satellite), and SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) detect the dip in starlight when an exoplanet passes in front of its star. The radial velocity method employed by ESPRESSO detects shifts in the starlight’s normal spectrum when an exoplanet tugs on the star and shifts its position ever so slightly.

By using multiple instruments with different methods and capabilities, the team was able to characterize the system in detail. The innermost planet in the system, which is not in resonance with the others, moves the fastest. It completes an orbit in just two Earth days. The slowest planet moves ten times slower than that. The planet sizes range from one to three Earth sizes, and the masses range from 1.5 to thirty times Earth’s mass.

The orbital resonance of the planets is in an exquisite balance. The authors write that “The orbital configuration of TOI-178 is too fragile to survive giant impacts, or even significant close encounters… a sudden change in period of one of the planets of less than a few .01 d can render the system chaotic.” They also write that their data “…shows that modifying a single period axis can break the resonant structure of the entire chain.”

This discovery just means more work for astronomers. The unusual orbital resonance and positions of the planets means they need to rethink some of our theories around the formation and evolution of planets and solar systems.

This figure from the study compares the density, mass, and equilibrium temperature of the TOI-178 planets with other exoplanet systems. In Kepler-60,
Kepler-80, and Kepler-223, the density of the planets decreases
when the equilibrium temperature decreases. Contrary to the three Kepler systems, in the TOI-178 system, the density of the planets is not a growing
function of the equilibrium temperature. The team behind this study says that if they can understand why the TOI-178 system is different, it could become a sort of Rosetta Stone for deciphering solar system and planetary development. Image Credit: Leleu et al, 2021.

As the authors write in their paper: “Determining the architecture of multi-planetary systems is one of the cornerstones of understanding planet formation and evolution. Resonant systems are especially important as the fragility of their orbital configuration ensures that no significant scattering or collisional event has taken place since the earliest formation phase when the parent protoplanetary disc was still present.”

The nebular hypothesis, also called the Solar Nebular Disk Model (SNDM), is the working theory for the formation of our Solar System and others. According to the model, a giant molecular cloud undergoes gravitational collapse, and when enough gas gathers together, it eventually begins fusion, and a star’s life begins. Most of the material in the cloud will be taken up by the star, and in our Solar System, the Sun has the lion’s share: about 99.86%.

The remaining material makes up the protoplanetary disk, which rotates around the star in a flattened pancake shape. As material clumps together in the rotating protoplanetary disk, it eventually forms planets. There are some problems with the nebular hypothesis, and other theories have tried to explain them.

These are images of nearby protoplanetary disks. At the center of each one is a young star, and the gaps are in the disks are caused by forming exoplanets. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Andrews et al. NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

But this system challenges that theory. The SNDM suggests that rocky, terrestrial planets form nearer the star. They start out as planetary embryos and through violent mergers create planets like Venus, Mercury, Mars, and Earth. Gas giants, according to the SNDM, form out beyond the Solar System’s frost line, where planet embryos form out of frozen volatiles.

But the TOI-178 system challenges that understanding. If the planets in that system followed the SNDM, then the gas planets would be further from the star, and the rocky planets would be closer. Since they’re not, something must have disrupted them. But if something disrupted them, their orbits wouldn’t be choreographed in such an exquisite rhythm. It’s a conundrum.

“Understanding, in a single framework, the apparent disorder in terms of planetary density on one side and the high level of order seen in the orbital architecture on the other side will be a challenge for planetary system formation models,” they write.

Systems like this are challenging to understand, but ultimately, they drive researchers to think harder and to observe more fully.

As the team of scientists write in their conclusion: “The TOI-178 system, as revealed by the recent observations described in this paper, contains a number of very important features: Laplace resonances, variation in densities from planet to planet, and a stellar brightness that allows a number of followup observations (photometric, atmospheric, and spectroscopic). It is therefore likely to become one of the Rosetta Stones for understanding planet formation and evolution, even more so if additional planets continuing the chain of Laplace resonances is discovered orbiting inside the habitable zone.”


Videoya baxın: Planetlərdə yaşayış üçün münbit temperatur vardırmı? #dailyuniquenews Abune ol (Sentyabr 2021).