Είμαστε το Κοσμικό 1 τοις εκατό, αλλά το ηλιακό μας σύστημα δεν είναι εντελώς παράξενο
Είναι η Γη μοναδική; Κάποτε ένα μεγάλο φιλοσοφικό ερώτημα, έχει γίνει, τις τελευταίες δύο δεκαετίες, με την ανακάλυψη χιλιάδων πλανητών γύρω από άλλα αστέρια -τα κοσμικά ξαδέρφια μας- επιστημονικό.
Ένας τρόπος για να το αντιμετωπίσουμε είναι να φανταστούμε εξωγήινους, χρησιμοποιώντας τη σημερινή τεχνολογία της Γης, να ψάχνουν στο ηλιακό μας σύστημα για εξωπλανήτες. Ποιον από τους οκτώ πλανήτες μας θα έβρισκαν; Η απάντηση είναι ο Δίας και μόνο ο Δίας. Οι τεχνικές μας για την αναζήτηση εξωπλανητών αναζητούν την επίδραση των πλανητών στο άστρο υποδοχής τους, είτε μέσω μιας κυκλικής βαρυτικής έλξης, είτε αναβοσβήνοντας περιοδικά λίγο από το φως του άστρου. Ο Δίας θα ήταν ανιχνεύσιμος (προς το παρόν) μόνο μέσω μιας έρευνας ακτινικής ταχύτητας δεκαετιών στον Ήλιο. Θα μπορούσαμε να μετρήσουμε την κατά προσέγγιση μάζα και την τροχιά του Δία. Το ερώτημα τότε γίνεται:Πόσο κοινά, μεταξύ γνωστών εξωπλανητών, είναι παρόμοια συστήματα με το σύστημα Ήλιου-Δία;
Περίπου 1 τοις εκατό. Γίγαντες αερίων με μάζες παρόμοιες με του Δία βρίσκονται περίπου 1 στα 10 αστέρια όπως ο Ήλιος. Ωστόσο, μόνο περίπου 1 στους 10 από αυτές Οι πλανήτες έχουν μια τροχιά «όπως ο Δίας», που σημαίνει μια τροχιά που είναι σημαντικά ευρύτερη από αυτή της Γης και κοντά στην κυκλική. Φυσικά, δεν έχουμε ακόμα δεδομένα για Γη ή Αφροδίτη ή Κρόνο ή Ποσειδώνα γύρω από άλλα αστέρια όπως ο Ήλιος. Αλλά είναι μια αρχή.
Ένας δεύτερος τρόπος για να μετρήσουμε τη μοναδικότητα του ηλιακού μας συστήματος προέρχεται από τη Nanna Bach-Møller και τον Uffe Jørgensen στο Κέντρο Σχηματισμού Αστέρων και Πλανητών στην Κοπεγχάγη της Δανίας. Βασίζουν το επιχείρημά τους σε μια σχέση μεταξύ του αριθμού των πλανητών σε ένα δεδομένο σύστημα και των σχημάτων των τροχιών των πλανητών. Το βασικό κομμάτι της ανάλυσής τους, που δημοσιεύτηκε σε άρθρο τον Οκτώβριο στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , είναι η «τροχιακή εκκεντρικότητα». Οι νόμοι του Κέπλερ για την τροχιακή κίνηση μας λένε ότι οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τα αστέρια ξενιστές τους μετά από ελλείψεις. Η εκκεντρότητα μιας έλλειψης είναι ένα μέτρο του πόσο τεντωμένη είναι. Μια έλλειψη με μηδενική εκκεντρότητα είναι ένας κύκλος. Καθώς η εκκεντρότητα πλησιάζει το 1, η έλλειψη τεντώνεται απεριόριστα.
Ενώ ένας πλανήτης σε κυκλική τροχιά κινείται με σταθερή ταχύτητα γύρω από το αστέρι, οι πλανήτες σε έκκεντρες τροχιές κινούνται πιο γρήγορα όταν είναι πιο κοντά στο αστέρι. Οι επιστήμονες μπορούν να ανιχνεύσουν αυτήν την αλλαγή στην τροχιακή ταχύτητα πάνω από την τροχιά για εξωπλανήτες χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές.
Οι Bach-Møller και Jørgensen ξεκίνησαν συλλέγοντας το πλήρες δείγμα εξωπλανητών για τους οποίους οι ερευνητές έχουν ήδη μετρήσει ή υπολογίσει τις τροχιακές εκκεντρότητες. Στη συνέχεια υπολόγισαν μια «μέση εκκεντρότητα» για όλους τους πλανήτες σε κάθε σύστημα. Διαπίστωσαν ότι τα συστήματα με περισσότερους πλανήτες τείνουν να έχουν χαμηλότερες εκκεντρότητες.
Αυτό δεν είναι μεγάλη έκπληξη. Οι επιστήμονες μπορούν να αναζητήσουν εξωπλανήτες μόνο σε περιορισμένο εύρος τροχιακών αποστάσεων. Φανταστείτε ένα κουτί από χαρτόνι σε μέγεθος πλυντηρίου. Πόσα μικρότερα κουτιά μπορείτε να χωρέσετε μέσα σε αυτό το μεγάλο κουτί αν πρέπει να βάλετε κάθε κουτί μέσα σε ένα άλλο κουτί (όπως ρωσικές κούκλες); Η απάντηση είναι ότι εξαρτάται από τα σχήματά τους. Εάν τα κουτιά σας είναι όλα ωραία και τετράγωνα, τότε ίσως μπορείτε να χωρέσετε μια ντουζίνα ή περισσότερα το ένα μέσα στο άλλο. Αλλά αν ακόμη και ένα κουτί είναι ένα τεντωμένο κουτί σε σχήμα κιθάρας, τότε λιγότερα κουτιά θα μπορούν να χωρέσουν μέσα στο μεγάλο κουτί.
Είναι η ίδια ιδέα για τις τροχιές. Οι πλανήτες σε κυκλικές τροχιές μπορούν να είναι πολύ πιο κοντά μεταξύ τους από ό,τι οι πλανήτες σε εκτεταμένες, εκκεντρικές τροχιές. Και όσο πιο εκκεντρικές είναι οι τροχιές, τόσο λιγότερες μπορούν να χωρέσουν στο εύρος της τροχιακής απόστασης που μπορούμε να αναζητήσουμε για εξωπλανήτες.
Οι ερευνητές έβαλαν αριθμούς σε τροχιές-μέσα-τροχίες. Βρήκαν ότι ο αριθμός των πλανητών σε ένα δεδομένο σύστημα, έναντι της μέσης εκκεντρότητας, ακολουθεί μια ομαλή σχέση —με μία μόνο εξαίρεση. Τα συστήματα με έναν μόνο πλανήτη είναι λίγο μακριά. Αυτά τα συστήματα μπορεί να ξεκίνησαν με πολλούς πλανήτες σε σχεδόν κυκλικές τροχιές που, μέσω αθροιστικών βαρυτικών λακτισμάτων, άλλαξαν το σχήμα τους μέχρι να διασταυρωθούν. Αυτό θα είχε οδηγήσει σε κλειστά γεγονότα βαρυτικής σκέδασης που εκτόξευσαν ορισμένους πλανήτες στο διαστρικό διάστημα!
Με οκτώ πλανήτες σε σχετικά κυκλικές τροχιές, το ηλιακό μας σύστημα ταιριάζει με την τάση. Για να σας δώσουμε μια αίσθηση κλίμακας, οι εκκεντρότητες του Δία και του Κρόνου είναι περίπου 5 τοις εκατό. της Γης, περίπου 1,7 τοις εκατό. Αφροδίτης και Ποσειδώνας, και οι δύο λιγότερο από 1 τοις εκατό. Με αυτή την τάση, οι ερευνητές χρησιμοποιούν τον ρυθμό εμφάνισης εξωπλανητών με διαφορετικές εκκεντρότητες για να υπολογίσουν πόσα συστήματα έχουν τόσους πλανήτες όπως το δικό μας. Η απάντησή τους:Περίπου 1 τοις εκατό, το ίδιο με αυτό που υπολογίσαμε χρησιμοποιώντας το σύστημα Ήλιου-Δία.
Φυσικά, δεδομένου ότι έχουμε μια πλήρη απογραφή πλανητών (τουλάχιστον εντός της τροχιάς του Ποσειδώνα), το «κουτί» του ηλιακού συστήματος είναι πολύ μεγαλύτερο από την τροχιακή περιοχή στην οποία μπορούν να βρεθούν εξωπλανήτες. Αυτό μπερδεύει την ερμηνεία.
Όταν βάζουμε κάτι στο πλαίσιο, το 1 τοις εκατό είναι ένας δύσκολος αριθμός. Είναι αρκετά σπάνιο να πέσει έξω από τον κανόνα. Πράγματι, περίπου τα μισά από όλα τα αστέρια φαίνεται να έχουν πλανήτες «υπερ-Γης» σε τροχιές πιο κοντά στα άστρα τους από ό,τι ο Ερμής στον Ήλιο, αλλά εμείς δεν το κάνουμε. Το ένα τοις εκατό είναι επίσης αρκετά συχνό ώστε να μην είναι εντελώς απροσδόκητο, και έχουμε βρει κάποια σημάδια ότι το ηλιακό μας σύστημα δεν είναι εντελώς παράξενο, συμπεριλαμβανομένης της ανακάλυψης μιας χούφτας λογικών αναλόγων με τον δικό μας Δία.
Τι μας λέει αυτό για την προέλευση του συστήματός μας; Την τελευταία δεκαετία σημειώθηκε σημαντική πρόοδος στην κατανόηση του πώς σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα, ωστόσο παραμένουν βασικά ερωτήματα. Ποια ήταν τα σημεία διακλάδωσης στην πλανητική μας εξέλιξη που μας μετέτρεψαν σε ένα σύστημα 1 τοις εκατό και όχι σε ένα πιο κοινό που κυριαρχείται από υπερ-Γαίες; Τι έκανε τον Δία μας διαφορετικό σε σύγκριση με τους περισσότερους εξω-Δίες που έχουμε βρει; Και πώς ταιριάζει η ανάπτυξη και η επιβίωση βραχωδών πλανητών όπως η Γη σε αυτήν την εικόνα; Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στα σχήματα των τροχιών μας.
Ο Sean Raymond είναι ένας Αμερικανός αστροφυσικός που εργάζεται στο Αστροφυσικό Εργαστήριο του Μπορντό στη Γαλλία. Γράφει επίσης ένα ιστολόγιο στη διεπαφή επιστημονικής και φαντασίας (planetplanet.net) και πρόσφατα δημοσίευσε ένα βιβλίο με ποιήματα αστρονομίας.
