Układ planetarny TRAPPIST-1 istnieje dzięki wyjątkowej harmonii orbit planetarnych

Kiedy NASA ogłosiła w lutym odkrycie układu planetarnego TRAPPIST-1 w środowisku pojawiło się nie lada zamieszanie, i to nie bez powodu. Trzy z siedmiu planet rozmiarami przypominających Ziemię znajduje się bowiem w ekosferze wokół gwiazdy co oznacza, że potencjalnie na ich powierzchni mogą istnieć warunki sprzyjające powstaniu życia.

Jedną z zagadek tego układu był fakt, że według danych przedstawionych w artykule opisującym odkrycie system wydawał się niestabilny.

Gdy tworzyliśmy symulacje tego układu planety ulegały zniszczeniu zderzając się ze sobą w czasie krótszym niż milion lat –  mówi Dan Tomayo, badacz z Scarborough Centre for Planetary Science.

Może się to wydawać długo, jednak w skali astronomicznej to mrugnięcie oka. Mielibyśmy naprawdę bardzo dużo szczęścia, gdybyśmy odkryli układ TRAPPIST-1 tuż przed tym jak się rozpadnie. Musi zatem istnieć jakiś powód, dla którego układ pozostaje stabilny.

Tamayo wraz ze współpracownikami twierdzi, że wie dlaczego tak się dzieje. W artykule opublikowanym w periodyku Astrophysical Journal Letters badacze wskazują, że planety w układzie TRAPPIST-1 tworzą swego rodzaju łańcuch rezonansowy, który mocno stabilizuje cały układ.

W konfiguracji rezonansowej okresy orbitalne planet wyrażają się stosunkami liczb całkowitych. To bardzo techniczne zagadnienie, ale dobrym przykładem może być orbita Neptuna, który okrąża Słońce trzy razy w tym samym czasie, w którym Pluton okrąża je dwa razy (rezonans 3:2). To akurat dobra wiadomość dla Plutona, bo gdyby tak nie było to i Plutona by już z nami nie było. Orbity obu planet przecinają się ze sobą – gdyby ich ruch był całkowicie chaotyczny to prędzej czy później obie planety zderzyłyby się ze sobą, jednak właśnie dzięki rezonansowi, regularnie powtarza się to samo względne położenie planet.

To swego rodzaju rytmiczny wzór, dzięki któremu układ pozostaje stabilny w bardzo długim okresie czasu – mówi Matt Russo, badacz z Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), który pracował nad kreatywnymi metodami wizualizacji tego układu.

TRAPPIST-1 wynosi tę zasadę na zupełnie nowy poziom – wszystkie siedem planet w układzie tworzy łańcuch rezonansów. Aby zilustrować tę niesamowitą konfigurację Tamayo, Russo wraz z Andrew Santaguida stworzyli animację, w której planety wygrywają pojedynczą nutę za każdym razem kiedy przelatują przed tarczą swojej gwiazdy macierzystej oraz wybijają bit za każdym razem gdy planety mijają swoje sąsiadki.

Wizja artystyczna przedstawiająca siedem planet o rozmiarach Ziemi krążących wokół gwiazdy TRAPPIST-1. Źródło: NASA

Ponieważ okresy orbitalne planet tworzą proste stosunki wyrażające się liczbami całkowitymi, ich ruch wyraża się powtarzalnym rytmem. Proste stosunki częstotliwości między dwoma nutami sprawiają, że brzmią one przyjemnie dla ucha.

Przyspieszenie ruchu planet po orbicie pozwala usłyszeć astrofizyczną symfonię, która nieco wolniej wygrywana jest jakieś 40 lat świetlnych od Ziemi.

Większość układów planetarnych zachowuje się jak amatorskie zespoły muzyczne, w których każdy gra w trochę innym tempie –  mówi Russo. TRAPPIST-1 jest jednak inny, to prawdziwy profesjonalny zespół muzyczny, którego siódemka członków idealnie zgrywa się ze sobą i tworzy dobrą muzykę.

Jednak nawet tak zsynchronizowane orbity nie muszą trwać w nieskończoność – zauważa Tamayo. Z technicznego punktu widzenia, teoria chaosu wymaga także precyzyjnego ustawienia orbit aby system pozostał stały. To może wyjaśniać dlaczego symulacje uwzględnione w oryginalnym artykule ogłaszającym odkrycie układu prowadziły do szybkich kolizji między planetami.

Nie mówimy, że system ten jest skazany na zagładę. Po prostu stabilne konfiguracje są bardzo precyzyjne. Aktualnie nie możemy zmierzyć wystarczająco dokładnie wszystkich parametrów orbitalnych, dlatego też symulowane układy prowadziły do kolizji.

Aby ominąć tę trudność, Tamayo wraz z zespołem przyjrzał się układowi nie w obecnym stadium, a w początkowym okresie istnienia. Gdy system tworzył się z dysku gazowego planety migrowały względem siebie tak, aby naturalnie ustawić się w stabilnej konfiguracji rezonansowej.

Badacze przetestowali symulacje za pomocą klastra superkomputerów w Canadian Institute for Teoretical Astrophysics (CITA) i odkryli, że większość generowanych układów pozostawała stabilna przez cały okres trwania symulacji, który był 100 razy dłuższy od symulacji w pierwotnym artykule opisującym odkrycie układu TRAPPIST-1.

Źródło: University of Toronto

Komentarze

comments