Астрономы обнаружили космические «супермагистрали» для быстрого путешествия по Солнечной системе

Невидимые структуры, созданные гравитационным взаимодействием в Солнечной системе, создали сеть «космических супермагистралей», как заявляют астрономы.

Эти каналы обеспечивают быстрое перемещение объектов в космосе и могут быть использованы для наших собственных целей исследования космоса, а также для изучения комет и астероидов.

Применяя анализ как к данным наблюдений, так и к данным моделирования, группа исследователей под руководством Наташи Тодорович из Белградской астрономической обсерватории в Сербии обнаружила, что эти супермагистрали состоят из серии соединенных арок внутри невидимых структур, называемых космическими коллекторами, и каждая планета создает свои собственные коллекторы, вместе создавая то, что исследователи назвали «настоящим небесным автобаном».

Эта сеть может переносить объекты с Юпитера на Нептун за считанные десятилетия, а не за гораздо более длительные периоды времени, порядка сотен тысяч и миллионов лет, которые обычно встречаются в Солнечной системе.

Найти скрытые структуры в космосе не всегда легко, но взглянув на то, как все движется, можно найти полезные подсказки. В частности, кометы и астероиды.

На разном расстоянии от Солнца есть несколько групп скалистых тел. Есть кометы семейства Юпитера (JFC) с орбитами менее 20 лет, которые не уходят дальше орбитального пути Юпитера.

Кентавры — это ледяные глыбы скал, которые находятся между Юпитером и Нептуном. А транснептуновые объекты (TNO) — это те, что находятся в дальних уголках Солнечной системы, с орбитами больше, чем у Нептуна.

Чтобы смоделировать пути, соединяющие эти зоны, когда TNO переходят через категорию кентавров и в конечном итоге становятся JFC, временные рамки могут варьироваться от 10 000 до миллиарда лет. Но в недавней статье был идентифицирован орбитальный шлюз, связанный с Юпитером, который намного быстрее и управляет путями JFC и кентавров.

Хотя в этой статье не упоминаются точки Лагранжа, известно, что эти области относительной гравитационной устойчивости, созданные взаимодействием между двумя вращающимися телами (в данном случае Юпитером и Солнцем), могут порождать многообразие. Итак, Тодорович и ее команда приступили к исследованию.

Они использовали инструмент, называемый быстрым индикатором Ляпунова (FLI), который обычно используется для обнаружения хаоса. Поскольку хаос в Солнечной системе связан с существованием стабильных и нестабильных многообразий, в короткие сроки FLI может фиксировать следы многообразий, как стабильных, так и нестабильных.

«Здесь, — написали исследователи в своей статье, — мы используем FLI для обнаружения присутствия и глобальной структуры космических многообразий, а также для фиксации нестабильностей, которые действуют в масштабах орбитального времени; то есть мы используем этот чувствительный и хорошо зарекомендовавший себя численный инструмент. для более общего определения регионов быстрого перемещения в Солнечной системе».

Они собрали числовые данные о миллионах орбит в Солнечной системе и вычислили, как эти орбиты соответствуют известным многообразиям, моделируя возмущения, создаваемые семью главными планетами, от Венеры до Нептуна.

И обнаружили, что наиболее выдающиеся арки на увеличивающихся гелиоцентрических расстояниях связаны с Юпитером; и наиболее сильно с его точечными многообразиями Лагранжа. Все юпитерианские близкие встречи, смоделированные с использованием тестовых частиц, приходились на окрестности первой и второй точек Лагранжа Юпитера.

Затем несколько дюжин или около того частиц были брошены на планету в результате столкновения; но гораздо большее количество, около 2000, было отключено от своих орбит вокруг Солнца, чтобы выйти на гиперболические орбиты ухода. В среднем эти частицы достигли Урана и Нептуна 38 и 46 лет спустя соответственно, причем самые быстрые из них достигли Нептуна менее чем за десять лет.

Большинство из них — около 70 процентов — преодолели расстояние в 100 астрономических единиц (среднее орбитальное расстояние Плутона составляет 39,5 астрономических единиц) менее чем за столетие.

Огромное влияние Юпитера не является большим сюрпризом. Юпитер, помимо Солнца, является самым массивным объектом в Солнечной системе. Но, как выяснили исследователи, одни и те же структуры будут генерироваться всеми планетами в масштабах времени, соизмеримых с их орбитальными периодами.

Это новое понимание может помочь нам лучше понять, как кометы и астероиды движутся по внутренней части Солнечной системы, и их потенциальную угрозу для Земли. И, конечно же, есть вышеупомянутая выгода для будущих миссий по исследованию Солнечной системы.

«Более подробные количественные исследования обнаруженных структур фазового пространства … могут дать более глубокое понимание переноса между двумя поясами малых тел», — написали исследователи в своей статье.

«Объединение наблюдений, теории и моделирования улучшит наше текущее понимание этого краткосрочного механизма, действующего на популяции TNO, кентавров, комет и астероидов, и объединит эти знания с традиционной картиной долгосрочной хаотической диффузии через орбитальные резонансы; сложная задача для большого диапазона рассматриваемых энергий».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Источники: Фото: Карта глобальной аркообразной структуры многообразий Солнечной системы. (Тодорович и др., SciAdv, 2020)