The Mystery of the Missing Planets

Υπάρχει ένα άλυτο πρόβλημα για το οποίο θέλω να σας πω:Η περίπτωση των Trojans που λείπουν. Ίσως σκέφτεστε το μυθικό άλογο με στρατιώτες κρυμμένους μέσα. Ή ίσως σκέφτεστε μια αθλητική ομάδα. Ή ένας τύπος ιού υπολογιστή, ή, ας είμαστε ειλικρινείς, των προφυλακτικών. (Σημειώστε ότι είπα, "Case of the missing Trojans," όχι, "the Missing case of Trojans.")

Αλλά υπάρχει ένας άλλος τύπος Trojan:μια τροχιά. Ένα σμήνος από χιλιάδες αστεροειδείς μοιράζεται μια τροχιά με τον Δία. Δεν είναι ακριβώς δίπλα στον πλανήτη, όπως τα φεγγάρια, αλλά συγκεντρώνονται σε δύο συστάδες, μία μπροστά από τον Δία στην τροχιά του και μία πίσω. Η κύρια συστάδα ονομάζεται «Έλληνες» και η επόμενη συστάδα «Τρώες», αλλά συνήθως απλώς συγκεντρώνονται και ονομάζονται απλώς Τρώες του Δία. Πολλά από αυτά έχουν πάρει το όνομά τους από μυθολογικές μορφές από τους Τρωικούς πολέμους.

Ο Δίας είναι περισσότερο από 300 φορές πιο μαζικός από τη Γη. Η βαρύτητά του έχει σχεδόν αδειάσει εντελώς τη ζώνη των αστεροειδών, η οποία πιστεύουμε ότι κάποτε περιείχε 1.000 φορές περισσότερο υλικό από ό,τι τώρα. Πώς μπορούν αυτοί οι Τρώες να επιβιώσουν τόσο κοντά σε έναν γίγαντα αερίου και ωστόσο να παραμείνουν σε σταθερές τροχιές;

Αποδεικνύεται ότι αυτό το είχε καταλάβει πολύ πίσω το 1772 ο Γάλλος μαθηματικός Joseph-Louis Lagrange. Αν οραματιστούμε την τροχιά ενός πλανήτη γύρω από ένα αστέρι, υπάρχουν μερικά ειδικά σημεία όπου ένα επιπλέον σώμα μπορεί να περιφέρεται με τον ίδιο ρυθμό με τον πλανήτη. Αυτά ονομάζονται σημεία Lagrange και υπάρχουν πέντε από αυτά, που ονομάζονται L1 έως L5.

Μόνο δύο από τα σημεία Lagrange είναι σταθερά:L4 και L5. Ένα σώμα που βρίσκεται σε ή κοντά σε αυτά τα σημεία θα περιστρέφεται ευτυχώς γύρω από τον Ήλιο, παραμένοντας περίπου 60 μοίρες μπροστά ή πίσω από τον Δία. (Πιο συγκεκριμένα, το επιπλέον σώμα θα ταλαντωθεί πραγματικά με ένα τυπικό πλάτος περίπου 20 μοιρών γύρω από το σημείο Lagrange του, και υπάρχει ακόμη και μια κατηγορία τροχιάς που ονομάζεται "πέταλο" που πηγαίνει μέχρι το τέλος μεταξύ L4 και L5.) Ο Δίας έχει Τρώες απλώς και μόνο επειδή τα L4 και L5 του είναι σταθερά παρά τις βαρυτικές κλωτσιές των άλλων πλανητών. Είναι νησιά σταθερότητας σε έναν τεράστιο ασταθή ωκεανό. Εάν οι αστεροειδείς ήταν πασπαλισμένοι ομοιόμορφα σε όλο το εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα, οι μόνοι που θα επιζούσαν κοντά στον Δία είναι οι Τρώες.

Ο Δίας δεν είναι ο μόνος πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα που έχει Τρώες, αν και έχει μακράν τους περισσότερους. Ο Ουρανός (1 Τρωικός) και ο Ποσειδώνας (13) τα έχουν ο καθένας. Το ίδιο και ο Άρης (7). Και η Γη έχει ακόμη και ένα! Παραδόξως, ο Κρόνος δεν έχει κανένα. Ο λόγος φαίνεται να είναι ότι η βαρύτητα του Δία αποσταθεροποιεί τους Τρώες του Κρόνου σε χρονικές κλίμακες εκατομμυρίων ετών. Το Τρωικό νησί του Κρόνου έχει βυθιστεί κάτω από τον ωκεανό της αστάθειας (αν και τα φεγγάρια του Κρόνου έχουν στην πραγματικότητα τέσσερις Τρώες), όπως και η Αφροδίτη.

Ας πάμε αυτήν την τρωική ιδέα ένα βήμα παραπέρα. Τα αντικείμενα που έχουν παγιδευτεί κοντά στα σταθερά νησιά στα L4 και L5 δεν χρειάζεται να είναι μικροί αστεροειδείς. Μπορεί να είναι πλήρεις πλανήτες! Εάν δύο πλανήτες βρίσκονται στην ίδια τροχιά, που τους χωρίζουν 60 μοίρες, σχηματίζουν ένα ζευγάρι Τρωικών πλανητών.

Τρωικοί πλανήτες βρίσκονται συνήθως σε προσομοιώσεις υπολογιστή που προσπαθούν να εξηγήσουν πώς δημιουργούνται οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια («εξωπλανήτες»). Πολλοί από τους γνωστούς εξωπλανήτες έχουν τροχιές πολύ κοντά στα αστέρια τους. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι πολλοί από αυτούς τους πλανήτες σχηματίστηκαν πιο μακριά και ωθήθηκαν πιο κοντά από μια διαδικασία που ονομάζεται τροχιακή μετανάστευση. Είναι οι δίσκοι αερίου και σκόνης από τους οποίους γεννήθηκαν οι πλανήτες που προκαλούν τη μετανάστευση των πλανητών. Και είναι κατά τη διάρκεια αυτής της μετανάστευσης που γειτονικοί πλανήτες μπορούν να παγιδευτούν σε διαμορφώσεις Trojan. Τρωικοί πλανήτες δεν σχηματίζονται κατά τη διάρκεια κάθε προσομοίωσης, αλλά εμφανίζονται κάθε τρίτη ή τέταρτη φορά.

Άρα πιστεύουμε ότι πρέπει να υπάρχουν Τρωικοί πλανήτες. Δεν έχουμε κανένα στο Ηλιακό Σύστημα, αλλά Τρωικοί πλανήτες θα πρέπει σίγουρα να υπάρχουν γύρω από άλλα αστέρια και θα πρέπει να είναι ανιχνεύσιμοι με τα σημερινά τηλεσκόπια! Το καλύτερο εργαλείο για τη δουλειά είναι το Kepler, το εξαιρετικό διαστημικό τηλεσκόπιο εύρεσης πλανητών της NASA. Τι βρήκε λοιπόν ο Κέπλερ;

Drumroll…και ένα μεγάλο μουτρωμένο πρόσωπο. Ο Κέπλερ δεν έχει βρει τρωικούς πλανήτες. Ανακοινώθηκε μια ανακάλυψη ενός συστήματος τεσσάρων πλανητών που ονομάζεται KOI-730 (τώρα ονομάζεται Kepler-223) με δύο Τρωικούς πλανήτες που μοιράζονται μια τροχιά συν δύο ακόμη πλανήτες, έναν εσωτερικό και έναν εξωτερικό του ζεύγους Τρωικών.

Δυστυχώς, αυτό το σύστημα προσδιορίστηκε αργότερα ότι ήταν σε διαφορετική διαμόρφωση χωρίς Τρωικούς πλανήτες. Τρομερό.

Η αναζήτηση για τρωικούς εξωπλανήτες συνεχίζεται εδώ και αρκετά χρόνια και συνεχίζεται, αλλά τα πράγματα φαίνονται ζοφερά. Οι Τρωικοί πλανήτες υποτίθεται ότι είναι σχετικά εύκολο να εντοπιστούν, επομένως η απουσία τους ξεχωρίζει. Είναι ένα κοσμικό μυστήριο:Η περίπτωση των αγνοουμένων Τρώων!

Γιατί λοιπόν δεν βρίσκουμε Τρωικούς πλανήτες; Υπάρχουν δύο πιθανότητες:Είτε οι Trojans είναι εκεί αλλά δεν τους βρίσκουμε, είτε απλά δεν είναι εκεί.

Θα μπορούσαν να είναι πιο δύσκολο να βρεθούν ζεύγη Trojan απ' όσο νομίζαμε; Λοιπόν, δύο πλανήτες στην ίδια τροχιά ο καθένας παράγει ένα σήμα με την ίδια συχνότητα και, αν δεν το περιμένετε, μπορεί να κάνει και τους δύο πλανήτες να μοιάζουν με θόρυβο. Αλλά το περιμένουμε. Επιπλέον, η βαρυτική διελκυστίνδα μεταξύ Τρωικών πλανητών αλλάζει επίσης τη φάση του σήματος τους, αλλά το γνωρίζουμε επίσης και μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε ως εργαλείο για να προσπαθήσετε να βρείτε Trojans.

Ίσως οι διαμορφώσεις των Τρωάδων να καταστρέφονται είτε καθώς οι πλανήτες μεταναστεύουν προς τα μέσα είτε, για πλανήτες πολύ κοντά στα αστέρια τους, λόγω των παλιρροϊκών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των πλανητών και του αστεριού. Ωστόσο, αυτοί οι μηχανισμοί καταστροφής θα πρέπει να επηρεάζουν μόνο ένα μικρό κλάσμα των πλανητών που βρίσκει ο Κέπλερ.

Η δική μου θεωρία για τα κατοικίδια πάει κάπως έτσι. Οι πλανήτες μεταναστεύουν προς τα μέσα σε κοόρτες, συχνά με ζεύγη Τρώων. Αλλά όταν ο αέριος πρωτοπλανητικός δίσκος διασκορπίζεται, οι τροχιές των πλανητών που μετανάστευσαν αλλοιώνονται. Υπάρχει μια φάση γιγαντιαίων συγκρούσεων μεταξύ πλανητών που καταστρέφει ζεύγη Τρώων και αναδιοργανώνει τις τροχιές των επιζώντων. Αυτό το μοντέλο ταιριάζει με αυτό που βλέπουμε στο σύνολο δεδομένων των εξωπλανητών, οπότε αυτό είναι ενθαρρυντικό. Επιπλέον, κάθε τόσο, οι πλανήτες μεταναστεύουν μέσα και δεν παρασύρονται, οπότε σύμφωνα με το μοντέλο θα έπρεπε όντως να υπάρχουν κάποια ζεύγη Trojan εκεί έξω και μπορούμε να προβλέψουμε πού θα τα βρούμε. Φυσικά, είναι απλώς ένα μοντέλο, οπότε θα δούμε πώς θα αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου, καθώς πλημμυρίζουν περισσότερα δεδομένα.

Ο Sean Raymond είναι ένας αστρονόμος που μελετά τον σχηματισμό και την εξέλιξη των πλανητικών συστημάτων. Δημοσιεύει επίσης blog στο planetplanet.net.