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

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

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

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