Ruimteverdeelstukken vormen de grenzen van dynamische kanalen om snel transport naar de binnenste en buitenste regionen van het zonnestelsel te bieden. Dergelijke functies zijn een belangrijk element in ruimtevaartuignavigatie en missieontwerp, een venster bieden op de schijnbaar grillige aard van kometen en hun banen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang , Nataša Todorović en een team van onderzoekers in Servië en de VS onthulden een opmerkelijke en onverwachte sierstructuur van spruitstukken in het zonnestelsel. Deze architectuur was verbonden in een reeks bogen die zich uitstrekten van de asteroïdengordel naar Uranus en verder. De sterkste variëteiten werden gevonden in verband met Jupiter met diepgaande controle over kleine lichamen over een breed en voorheen onbekend bereik van drie-lichaamsenergieën. De banen van deze variëteiten ontmoetten Jupiter op snelle tijdschalen om te transformeren in botsings- of ontsnappingstrajecten om de afstand van Neptunus slechts binnen een decennium te bereiken. Op deze manier, net als een hemelse snelweg, alle planeten genereren vergelijkbare spruitstukken in het hele zonnestelsel voor snel transport door het hele zonnestelsel.

Navigeren door chaos in het zonnestelsel

In dit werk, Todorovic et al. gebruikte snelle Lyapunov-indicator (FLI); een dynamische grootheid die wordt gebruikt om chaos te detecteren, om de aanwezigheid en globale structuur van ruimtespruitstukken te detecteren. Ze legden de instabiliteiten vast die op orbitale tijdschalen werken met het gevoelige en gevestigde numerieke hulpmiddel om gebieden met snel transport in het zonnestelsel te definiëren. Chaos in het zonnestelsel is onlosmakelijk verbonden met de stabiliteit of instabiliteit van variëteiten die ingewikkelde structuren vormen waarvan de onderlinge interactie chaotisch transport mogelijk kan maken. De algemene eigenschappen kunnen worden beschreven ten opzichte van de vlakke, circulair en beperkt drielichamenprobleem (PCR3BP) dat de beweging van natuurlijke en kunstmatige hemellichamen benadert. Hoewel dit concept nog lang niet volledig wordt begrepen, moderne geometrische inzichten hebben een revolutie teweeggebracht in de ontwerptrajecten van ruimtevaartuigen en hebben geholpen bij het bouwen van nieuwe astronomische observatoria in de ruimte om ons begrip van de kosmos te transformeren.

De dynamiek van ruimtevariëteiten die de grote rondreis door het zonnestelsel mogelijk maken via een interplanetair transportnetwerk, heeft ook bijgedragen aan de transitmechanismen van de Jupiter-familiekometen (JFC's). De JFC's zijn de evolutionaire producten van trans-Neptuniaanse objecten die blijven evolueren door het gebied van de reuzenplaneet als Centauren en naar het binnenste zonnestelsel. Kometen en asteroïde lichamen die banen in het gebied tussen Jupiter en Neptunus en Centauren innemen, zijn dynamisch en onstabiel met een levensduur van slechts een paar miljoen jaar. Astrofysici gebruiken gewoonlijk enorm diverse tijdschalen om gedetailleerde dynamische paden te modelleren die verschillende tijdzones van het buitenste zonnestelsel met elkaar verbinden.

Todorovic et al. beschouwd als de korte termijn (100 jaar) evolutie van massaloze testdeeltjes (TP's) die zich op orbitalen tussen de belangrijkste asteroïdengordel en Uranus bevinden. Ze presenteerden de gegevens in dynamische kaarten op basis van twee veelgebruikte orbit-integratiepakketten ORBIT9 en REBOUND, terwijl ze een krachtmodel ontwikkelden met zeven grote planeten van Venus tot Neptunus als verstoringen naast het drielichamensysteem van de zon/Jupiter/testdeeltjes. Co-orbitale asteroïden bekend als "Grieken" en "Trojanen" volgden dezelfde baan als Jupiter, maar leidden of volgden de planeet met een hoekafstand.

Het team berekende de FLI (snelle Lyapunov-indicator) over 100 jaar voor een groot raster, waar lichtere regio's banen vertegenwoordigden die zich op stabiele variëteiten bevonden en donkere regio's die weg van hen. De onderzoekers merkten een opkomst op van een grote "V-vormige" chaotische structuur verbonden met een reeks bogen op toenemende heliocentrische afstanden en bijna de Perihelion-lijn van Jupiter volgend. De stabiele spruitstukken leidden tot chaotische bewegingen als gevolg van complexe interacties met de overeenkomstige onstabiele spruitstukken. Deze variëteiten waren analytisch zeer complex. Verder, zoals verwacht, Jupiter was de dominante verstoring van het systeem en verantwoordelijk voor het grootste deel van de rijke chaotische architectuur - gevolgd tot voorbij Neptunus.

Om de dynamiek van de fysica van veelvoudige en nauwe ontmoetingen in het systeem te begrijpen, Todorovic et al. gebruikte softwarepakketten om evoluties nauwkeurig te volgen door middel van nauwe benaderingen met Jupiter. Met behulp van Jovian-minimum-afstandskaarten voor de Griekse en Trojaanse orbitale configuraties, het team liet zien hoe alle banen langs de chaotische structuren in de loop van hun evolutie de heuvelbol van Jupiter binnenkwamen. Om de dynamiek van nauwe ontmoetingen te begrijpen, het team onderzocht de evenwichtspunten van Lagrange (L ₁ en ik ₂ ), die posities in de ruimte definiëren waar de zwaartekracht van twee grote massa's precies gelijk was aan de middelpuntzoekende kracht die nodig is voor een klein object om met hen mee te bewegen. Alle trajecten van dichtbij bezochten de buurt van L ₁ of L ₂ Lagrange-punten, licht werpen op de slecht begrepen Grieks-Trojaanse dichotomie van ontsnapte Jupiter Trojaanse asteroïden.

Onder de testdeeltjes (TP's) die Jupiter naderen, enkele tientallen kwamen direct in botsing en hun Jovicentrische afstanden werden kleiner dan de straal van Jupiter. Bijna 2000 TP's gingen over van gebonden elliptische banen naar ongebonden hyperbolische ontsnappingsbanen als gevolg van veelvuldig geïnduceerde ontmoetingen. De overgangsbanen bereikten toen Uranus en Neptunus binnen 38 en 46 jaar; de snelste testdeeltjes arriveerden in de Neptuniaanse regio onder een decennium. Verstrooiing of botsing met Jupiter was minstens enkele ordes van grootte korter dan eerder gemeld. Todorovic et al. next het pad van komeet 39P/Oterma observeerde op basis van eerder werk dat meer dan twee decennia geleden werd uitgevoerd, waar de komeet de invariante spruitstukstructuren van L . nauwlettend volgde ₁ en ik ₂ . Het werk toonde aan hoe de invariante variëteiten de echte orbitale toegangspoort waren die de lage inclinatie-banen dichter bij de Lagrange-punten van buitenplaneten leek te beïnvloeden.

Op deze manier, Nataša Todorović en collega's rapporteerden in dit werk variëteiten die werken over orbitale tijdschalen van meerdere decennia, in tegenstelling tot de tientallen tot duizenden miljoenen orbitale omwentelingen die traditioneel worden beschouwd. Aanvullende informatie door middel van kwantitatieve studies zal dieper inzicht verschaffen in het transport tussen de twee gordels van kleine lichamen en het gebied van de terrestrische planeet. Het team verwacht deze waarnemingen te combineren met theorie en simulaties om het bestaande begrip van hemeltransport te verbeteren. Het waargenomen effect van door Jupiter geïnduceerde, grootschalig transport op een tijdschaal van tien jaar is geen verrassing, aangezien ruimtemissies van oudsher zijn ontworpen voor door Jupiter geassisteerd transport, inclusief flyby's van Voyager 1 en Voyager 2.

© 2020 Wetenschap X Netwerk