Możliwość zrozumienia w jaki sposób małe ciała niebieskie, takie jak księżyce, mogą “przeskoczyć” z orbity wokół Słońca na orbitę wokół planety długo pozostawała poza zasięgiem nauki o planetach. Praca opublikowana 15 maja w Nature pokazuje jak rozwiązać ten problem posługując się teoria chaosu i umożliwia uczonym przewidzenie gdzie mogą szukać nowych księżyców planet olbrzymów.

W ostatnich latach odkryto wiele księżyców krążących wokół największych planet Układu Słonecznego. Jowisz ma ich już 60, a Saturn – ponad 30. Astronomowie wierzą, że zrozumienie natury tych ciał może dostarczyć klucza do poznania wczesnej historii planet. Być możemy dowiemy się też jak powstają inne układy planetarne i czy mogą tam zapanować warunki potrzebne do powstania życia.

Księżyce można podzielić na dwie grupy – regularne i nieregularne. Księżyce regularne mają praktycznie kołowe orbity. Uważa się, że powstały we wczesnym okresie istnienia Układu Słonecznego. Orbity księżyców nieregularnych są mocno spłaszczone, często odległe od macierzystych planet o wiele milionów kilometrów. Uważa się, że kiedyś krążyły wokół Słońca, ale w jakiś sposób zostały “przechwycone” przez planety.

Odkrycie tych nowych satelitów wstrząsnęło naszym rozumieniem własnego układu planetarnego. Dla przykładu – sam mechanizm przechwytywania księżyców przez planety pozostawał niezrozumiały. Nie wiedzieliśmy też czemu część księżyców obiega planety w tym samym kierunku co planety obiegają Słońce, podczas gdy wielka ilość satelitów porusza się w kierunku przeciwnym.

Stephen Wiggins i Andrew Burbanks, matematycy z Bristol University, razem z Davidem Farrelly’em i Sergiejem Astakhovem, chemikami teoretykami z Utah State University, korzystali z teorii chaosu do zrozumienia mechanizmów reakcji chemicznych. Zdali sobie sprawę, że ich podejście do chemii może być także zastosowane do rozwiązanie problemu przechwytywania księżyców. Co więcej – stwierdzili, że rozwiązanie problemów Układu Słonecznego pozwoliłoby im zajrzeć głębiej w ich chemiczny problem.

Stephen Wiggins powiedział: “Kiedy zaczęliśmy się przyglądać przechwytywaniu nieregularnych księżyców, odkryliśmy ze nikt dotąd nie próbował zrozumieć tego problemu w przestrzeni trójwymiarowej z użyciem teorii chaosu. Większość prac była skupiona wokół problemu zachowania się księżyców po procesie przechwycenia. Tak więc w próbie zrozumienia sposobu w jaki ciało krążące wokół Słońca może przeskoczyć na orbitę wokół planety przeprowadziliśmy symulacje procesu ‘przełączania’. Odkryliśmy, że to właśnie procesy chaotyczne pozwalają na zachodzenie tego zjawiska“.

Aby wyjaśnić mechanizm przechwytywania, zastosowano równania matematyczne. Uczeni z Bristolu i Utah zaprezentowali wyjaśnienie, które nie tylko zgadza się z obserwowanym położeniem nieregularnych księżyców ale także przewiduje nowe rejony, w których te ciała mogą się znajdować. Znajomość miejsc poszukiwań ułatwi prace astronomom, którzy w czasie ich znajdywania muszą przeszukiwać ogromne obszary przestrzeni.

Połączone grupy uczonych udowodniły także, że księżyce przechwycone na orbity zgodne z kierunkiem orbitowania planet, nie tylko zachowują się chaotycznie ale mają tendencję do przenoszenia się w obszary bliskie planetom. Oznacza to, że rośnie szansa na ich wyeliminowanie przez zderzenie z jednym z wielkich księżyców lub samą planetą. Może to tłumaczyć fakt istnienia dużej ilości satelitów krążących w przeciwnym kierunku, szczególnie w układzie Jowisza.

Badania pokazują, że przechwycenie chaotyczne może być niezbędnym i głównym procesem prowadzącym do powstania pewnego rodzaju stabilnych orbit.

Autor

Michał Matraszek