Dlaczego komety i ich meteoroidowe strumienie wplatają się i z orbitów Ziemi, a ich orbity rozpraszają się z czasem? W artykule opublikowanym online w czasopiśmie Icarus w tym tygodniu dwóch badaczy Seti Institute pokazuje, że nie jest to spowodowane przypadkowym pociągnięciem planet, ale raczej kopnięciem, które otrzymują od poruszającego się słońca.
„Wbrew popularnym koncepcji wszystko w Układzie Słonecznym nie orbituje Słońca” – powiedział główny autor i naukowca Seti Institute Stuart Pilorz. „Zamiast tego słońce i planety krążą wokół swojego wspólnego centrum masy, znanych naukowcom jako Układ Słoneczny BaryCenter”.
Układ słoneczny Barycenter jest przysłowiowym punktem, w którym grecki Atlas boga trzymałby palec, aby zrównoważyć masę słońca i planet. Wszystkie planety okrążają ten barcencent, ale Słońce.
„Zwykle, gdy budujemy nasze modele numeryczne” – powiedział Pilorz, „położyliśmy słońce w centrum, ponieważ jest to najbardziej masywne ciało w Układzie Słonecznym i upraszcza równania relatywistyczne”.
Zespół stwierdził, że ta perspektywa może nie być najlepszym sposobem na zrozumienie fizycznych procesów leżących u podstaw ewolucji orbitalnej długoletnich komet. Ci poruszają się na orbitach, które trwają dłużej niż 200 lat, aby zakreślić słońce.
„Długoterowe komety spędzają większość swojego życia tak daleko od Układu Słonecznego, że odczuwają szarpnięcie z barycentera”-powiedział Pilorz. „Ale co kilkaset lat płyną na orbicie Jowisza i podlegają wpływowi Słońca”.
W pobliżu słońca komety zrzucają cząsteczki zwane „meteoroidami”. Te meteoroidy podążają wraz z kometą, ale niektórzy podróżują krótszą orbitą i wracają wcześnie, inne późno, tworząc strumień meteoroid. Kiedy po raz pierwszy tworzą, strumienie te są wyjątkowo cienkie, a szanse na uderzenie Ziemi są niskie.
„W 1995 r. Nasza dziedzina była w powijakach i wielu uważało, że przewidywanie, kiedy strumienie te spowodowałyby meteorowy prysznic na Ziemi, był tak trudny, jak przewidywanie pogody”, powiedział astronom meteorowy i współautor Peter Jenniskens z Seti Institute i NASA Ames Center.
Jenniskens zauważył, że strumienie tkają się i wychodzą z orbity Ziemi, podążając za kołysaniem Słońca wokół Układu Słonecznego BararyCenter. Przewidował, że prysznic powróci, gdy Jowisz i Saturn wrócili na pewnych pozycjach wzdłuż swojej orbity.
„Podróżowaliśmy do Hiszpanii, próbując nagrać jednego z tych pryszniców i widzieliśmy to, co zostało opisane w przeszłości jako„ gwiazdy upadające o północy ” – powiedział Jenniskens. „Cały prysznic trwał tylko 40 minut, ale na szczycie był jasny meteor”.
Ta prognoza opierała się na tym, jak chwiej się słońce zwraca się głównie na ruch dwóch najbardziej masywnych planet, Jowisza i Saturna, na ich orbicie wokół niego. Wobble jest niewielki, ledwie poza samym słońcem, ale wystarczający, aby przenieść pozycję Słońca i jego prędkość przez okres 12 lat (orbita Jowisza) i 30 lat (orbita Saturna), z grubsza powodując 60-letni wzór.
„Wcześniej mogliśmy pokazać w modelach komputerowych, że strumienie te wędrują po ścieżce Ziemi i podążają za kołysaniem słońca”, powiedział Jenniskens, „ale nie wiedzieliśmy dlaczego”.
W tym nowo opublikowanym badaniu Jenniskens połączył siły z Pilorz, aby zbadać, w jaki sposób meteoroidowe strumienie długoletnich komet rozpraszają się z czasem, aby dowiedzieć się, jak najlepiej wykorzystać tę szlak okruchów, aby szukać swoich nadrzędnych komet.
„Główny wynik tego badania”, powiedział Pilorz, „po prostu zauważył, że jeśli śledzimy fakt, że słońce jest w ruchu na temat bardcenta, widzimy, że większość z tego, co faktycznie powoduje, że komety i meteoroidy rozpraszają się, to to, że każde z nich wybierają doładowanie grawitacyjnego lub hamując się z poruszającego się słońca.
Zjawisko doładowania lub hamowania grawitacyjnego jest często porównywane do odbicia piłki tenisowej z przodu lub z tyłu poruszającego się pociągu.
„Ale pociąg musi się przeprowadzić do pracy” – zauważył Pilorz. „W naszym przypadku, jeśli rozważymy słońce ustalone w centrum, nie widzimy, że to wszystko, co się dzieje”.
Naukowcy zauważyli, że na orbicie Jowisza meteoroid zmienił się z poruszania się po BaryCenter do poruszania się po centrum Słońca.
„Stwierdziliśmy, że dwa skoki w płaszczyźnie ruchu, gdy słońce przejmuje kontrolę w miarę zbliżania się komety, a następnie, gdy ręka w ręce z powrotem do barycenta, gdy kometa odchodzi, kopnęła nachylenie i węzeł orbity o niewielką ilość”, powiedział Pilorz. „Ponownie, jeśli weźmiemy pod uwagę słońce ustalone w centrum, przyczyna tej zmiany nie jest oczywista”.
Meteoroidy w różnych lokalizacjach w strumieniu spotykają słońce w różnych momentach, więc z czasem dostają różne kopnięcia, a strumień tka i rozproszony. Losowość jest przede wszystkim spowodowana miejscem Słońca i prędkości na jego orbicie wokół Barycentera, gdy każdy meteoroid się go napotyka.
„To tutaj może być ważny punkt widzenia” – dodał Pilorz. „Jesteśmy przyzwyczajeni do powiedzenia sobie, że ruch komety zmienia się losowo z powodu szeregu złożonych zaburzeń z planet. To nie jest złe, ale jeśli pamiętamy, że Słońce krąży także barycentera, wyjaśnienie staje się znacznie prostsze”.
Szczerze mówiąc, planety określają ruch Słońca równie tak samo, jak określa ich. Jednak, aby dowiedzieć się, jak szybko strumienie komety o długim okresie mają tendencję do rozpraszania się, szczegóły tego tańca nie są potrzebne.
„Nadal konieczne jest uwzględnienie sił planetarnych, aby zapewnić systematyczny moment obrotowy, który powoduje precesję” – powiedział Pilorz. „Dzieje się tak głównie wtedy, gdy meteoroidy znajdują się między orbitami Jowisza i Saturna”.
Na podstawie zmierzonych dyspersji prysznicowych zespół obliczył wiek ponad 200 długoteriodowych strumieni meteoroidowych, które zostały opublikowane w najnowszej książce Jeniskensa „Atlas of Earth Meteor Showers”, finalista Association of American Publishers 'Prose Book Award.