Jupiter og relativitetsteorien skylden for kursændringer af himmellegemer

I tilfælde af solsystemlegemer, der passerer tæt på solen, der er to vigtige effekter, der spiller en afgørende rolle i kredsløbsudviklingen. En af virkningerne er fra den generelle relativitetsteori, og den anden effekt er fra Newtonsk gravitationsteori.

Forudsigelsen af ​​et periodisk skift i kredsløbet (som teknisk kaldes præcession i himmelmekanik) om Merkur og den efterfølgende bekræftelse af dette yderligere skift i kredsløb fra virkelige observationer, var en af ​​de største triumfer inden for almen relativitet, udviklet af Einstein for omkring 102 år siden.

Dette er en af ​​de vigtige virkninger, der opstår i solsystemlegemer, der passerer tæt på solen, fordi kredsløbshastigheder stiger betydeligt, når legemer kommer i nærheden af ​​solen, og når hastighederne stiger væsentligt, relativistiske effekter kan blive vigtige (figur 1).

Den anden effekt er fra Jupiters periodiske gravitationspåvirkninger (teknisk kaldet Kozai-mekanismen i himmelmekanik) fra den newtonske teori, som gør banen smallere og smallere (eller med andre ord, mere og mere elliptisk) og få det kredsende legeme til at komme tættere og tættere på solen efter hver efterfølgende omdrejning.

Disse gradvise gravitationseffekter fra Jupiter har ført til produktionen af ​​nogle usædvanligt spektakulære solgræssende kometer (dvs. kometer, der kommer meget tæt på solen og derfor meget lyse i udseende fra vores planet) i Jordens historie.

Tidligere værker inden for solsystemvidenskab har undersøgt disse effekter separat for nogle kroppe, men i vores nuværende undersøgelse, vi ser på de interessante scenarier, når vi har kombinationen af ​​begge disse effekter i solsystemets kroppe.

Vores beregninger viser, at disse periodiske gravitationspåvirkninger fra Jupiter kan føre til hurtige forbedringer i kredsløbsforskydninger på grund af den generelle relativitetsteori i kraft af, at kroppe kommer tættere på solen efter hver passage rundt om solen. Nogle gange kan kroppene have ekstrem tæt tilgang til solen, hvilket i sidste ende fører til kollision med solen, induceret af disse periodiske virkninger fra Jupiter.

Et godt eksempel, der viser denne egenskab i vores undersøgelser, er kometen 96P/Machholz 1, som gennemgår hastige faser, der nærmer sig solen og til sidst falder ned i solen om ca. 000 år fra nutiden.

Under sin sidste rejse lige før kollisionen med solen, vi finder ud af, at kredsløbsforskydningerne på grund af den generelle relativitetsteori kan toppe til omkring 60 gange større end kredsløbsforskydningen for Merkur, hvilket er en rekordhøj værdi i sammenhæng med solsystemlegemer, der er observeret indtil videre.

Desuden gennemgår denne komet en vending i sin referencebaneretning (teknisk kaldet en hældningsvending i himmelmekanik) på grund af Jupiters systematiske gravitationseffekter.

Vores undersøgelse viser for første gang et eksempel på et solsystemlegeme, som viser alle disse tidligere nævnte effekter og egenskaber, der overlapper hinanden på en pæn måde. Dette gør denne undersøgelse ny og unik i forhold til tidligere kredsløbsundersøgelser af lignende solsystemobjekter.

Desuden finder vi ud af, at kombinationen af ​​begge ovennævnte effekter har vigtige konsekvenser i forbindelse med indvirkningsstudier på Jorden fra små solsystemlegemer. Vores beregninger viser, at selv et lille kredsløbsskift på grund af den generelle relativitetsteori kan variere meget i den nærmeste baneafstand mellem solsystemets krop og Jorden.

Jupiters periodiske virkninger kan forstærke de generelle relativistiske virkninger i nogle solsystembaner. Dette fører til, at nærliggende scenarier mellem solsystemets kroppe ændrer sig betydeligt.

Dette spiller igen en vigtig rolle i at studere og vurdere langsigtede trusselsestimater på Jorden, som kan skabe interessante og bemærkelsesværdige funktioner som kratere og meteorstorme på vores Jord.

Vores planet er blevet bombarderet med forskellige solsystemlegemer af forskellig størrelse gennem dens kredsløbshistorie (figur 2), og disse signaturer i form af kratere fungerer som et afgørende værktøj til at forstå udviklingen og dynamikken i vores Jord (som er fokustemaet for CEED baseret på UiO).

De moderne teleskopiske undersøgelser scanner konstant himlen for at finde solsystemobjekter, som potentielt kan komme meget tæt på Jorden og blive en trussel for vores Jord i fremtiden.

Nutidens præcise observationer hjulpet af store teleskoper i forskellige dele af verden og detaljerede teoretiske beregninger suppleret med supercomputing-faciliteter (såsom USIT NOTUR-computerklynger) har til formål at komme med bedre modeller i sammenhæng med kortsigtede og langsigtede risikostudier for at skabe Jorden et mere sikkert sted i det større billede af vores eksistens.