_ Rezonanța orbitală: gravitaționalul izbitor dansul făcut de planete cu orbite aliniate

Planetele orbitează în jurul stelelor lor părinte în timp ce sunt separate de distanțe enorme — în sistemul nostru solar, planetele sunt ca nisipul într-o regiune de dimensiunea unui teren de fotbal. Timpul pe care îl iau planetele să orbiteze în jurul soarelui lor nu are o relație specifică între ele.

Dar uneori, orbitele lor prezintă modele izbitoare. De exemplu, astronomii care studiază șase planete care orbitează o stea aflată la 100 de ani lumină distanță tocmai au descoperit că își orbitează steaua cu o bătaie aproape ritmică, în sincronie perfectă. Fiecare pereche de planete își finalizează orbitele în timpi care sunt raportul numerelor întregi, permițând planetelor să se alinieze și să exercite o împingere gravitațională și să tragă pe cealaltă în timpul orbitei lor.

Acest tip de aliniere gravitațională se numește rezonanță orbitală și este ca o armonie între planete îndepărtate.

Sunt un astronom care studiază și scrie despre cosmologie. Cercetătorii au descoperit peste 5.600 de exoplanete în ultimii 30 de ani, iar diversitatea lor extraordinară continuă să surprindă astronomii.

Matematicianul grec Pitagora a descoperit principiile armoniei muzicale în urmă cu 2.500 de ani, analizând sunetele ciocanelor fierarului șiruri.

El credea că matematica se află în centrul lumii naturale și a propus ca soarele, luna și planetele să emită fiecare zumzet unic pe baza proprietăților lor orbitale. El a crezut că această „muzică a sferelor” va fi imperceptibilă pentru urechea umană.

Cu patru sute de ani în urmă, Johannes Kepler a preluat această idee. El a propus că intervalele și armoniile muzicale descriu mișcările celor șase planete cunoscute la acea vreme.

Pentru Kepler, sistemul solar avea două basuri, Jupiter și Saturn; un tenor, Marte; doi alti, Venus și Pământ; și o soprană, Mercur. Aceste roluri reflectau cât de mult i-a luat fiecărei planete să orbiteze în jurul Soarelui, viteze mai mici pentru planetele exterioare și viteze mai mari pentru planetele interioare.

El a numit cartea pe care a scris-o despre aceste relații matematice „Armonia Lume." Deși aceste idei au unele asemănări cu conceptul de rezonanță orbitală, planetele nu produc sunete, deoarece sunetul nu poate călători prin vidul spațiului.

Rezonanța are loc atunci când planetele sau lunile au perioade orbitale care sunt rapoarte ale numerelor întregi. Perioada orbitală este timpul necesar unei planete pentru a face un circuit complet al stelei. Deci, de exemplu, două planete care orbitează în jurul unei stele ar fi într-o rezonanță 2:1 când o planetă durează de două ori mai mult decât cealaltă pentru a orbit stele. Rezonanța este văzută în doar 5% dintre sistemele planetare.

În sistemul solar, Neptun și Pluto sunt într-o rezonanță 3:2. Există, de asemenea, o triplă rezonanță, 4:2:1, printre cele trei luni ale lui Jupiter: Ganimede, Europa și Io. În timpul în care îi ia lui Ganymede să orbiteze Jupiter, Europa orbitează de două ori și Io orbitează de patru ori. Rezonațele apar în mod natural, când planetele se întâmplă să aibă perioade orbitale care sunt raportul numerelor întregi.

Intervalele muzicale descriu relația dintre două note muzicale. În analogia muzicală, intervalele muzicale importante bazate pe rapoarte de frecvențe sunt a patra, 4:3, a cincea, 3:2 și octava, 2:1. Oricine cântă la chitară sau la pian ar putea recunoaște aceste intervale.

Rezonanța orbitală poate schimba modul în care gravitația influențează două corpuri, făcându-le să accelereze, să încetinească, să se stabilizeze pe calea lor orbitală și uneori să aibă orbitele perturbate. .

Gândiți-vă să împingeți un copil într-un leagăn. O planetă și un leagăn au ambele o frecvență naturală. Dați copilului o împingere care se potrivește cu mișcarea de leagăn și va primi un impuls. De asemenea, vor primi un impuls dacă îi împingi de fiecare dată când se află în acea poziție sau o dată la trei oară. Dar împingeți-i în momente aleatorii, uneori cu mișcarea leagănului și alteori împotriva, și nu primesc niciun impuls.

Pentru planete, amplificarea le poate menține să continue pe traseele lor orbitale, dar este mult mai probabil să le perturbe orbitele.

Exoplanetele sau planetele din afara sistemului solar prezintă exemple izbitoare. de rezonanță, nu doar între două obiecte, ci și între „lanțuri” rezonante care implică trei sau mai multe obiecte.

Steaua Gliese 876 are trei planete cu raporturi ale perioadei de orbită de 4:2:1, la fel ca cele trei ale lui Jupiter. luni. Kepler 223 are patru planete cu raporturi de 8:6:4:3.

Pitica roșie Kepler 80 are cinci planete cu raporturi de 9:6:4:3:2, iar TOI 178 are șase planete , dintre care cinci sunt într-un lanț rezonant cu rapoarte de 18:9:6:4:3.

TRAPPIST-1 este deținătorul recordului. Are șapte planete asemănătoare Pământului, dintre care două ar putea fi locuibile, cu rapoarte de orbită de 24:15:9:6:4:3:2.

Cel mai nou exemplu de lanț rezonant este HD sistem 110067. Se află la aproximativ 100 de ani lumină distanță și are șase planete sub-Neptun, un tip comun de exoplanetă, cu rapoarte de orbită de 54:36:24:16:12:9. Descoperirea este interesantă deoarece majoritatea lanțurilor de rezonanță sunt instabile și dispar în timp.

În ciuda acestor exemple, lanțurile de rezonanță sunt rare și doar 1% din toate sistemele planetare le prezintă. Astronomii cred că planetele se formează în rezonanță, dar micile ghionturi gravitaționale de la stelele trecătoare și planetele rătăcitoare șterg rezonanța în timp. Cu HD 110067, lanțul rezonant a supraviețuit de miliarde de ani, oferind o vedere rară și curată a sistemului așa cum era atunci când s-a format.

Astronomii folosesc o tehnică numită sonificare pentru a traduce datele vizuale complexe în sunet. . Oferă oamenilor o modalitate diferită de a aprecia imaginile frumoase de la telescopul spațial Hubble și a fost aplicată datelor cu raze X și undelor gravitaționale.

Cu exoplanete, sonificarea poate transmite relațiile matematice ale orbitelor lor. . Astronomii de la Observatorul European de Sud au creat ceea ce ei numesc „muzica sferelor” pentru sistemul TOI 178 prin asocierea unui sunet pe scară pentatonică la fiecare dintre cele cinci planete.

O traducere muzicală similară a fost făcută. pentru sistemul TRAPPIST-1, cu frecvențele orbitale mărite cu un factor de 212 milioane pentru a le aduce în domeniul audibil.

Astronomii au creat și o sonificare pentru sistemul HD 110067. Oamenii s-ar putea să nu fie de acord dacă aceste interpretări sună ca muzică reală, dar este inspirant să vezi ideile lui Pitagora realizate după 2.500 de ani.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)