Artikkel

Jupiter og relativitetsteorien får skylden for at himmellegemer endrer kurs

Barringer-krateret, meteorkrater
Det kjente Barringer-krateret i Arizona ble skapt for ca. 50 000 år siden. Foto: Colourbox

Jupiter og relativitetsteorien får skylden for at himmellegemer endrer kurs

Hva har Einstein og Newton med himmellegemenes bevegelser å gjøre?
Aswin Sekhar og Stephanie Werner
Aswin Sekhar og Stephanie Werner.

Når legemer i solsystemet passerer nær Solen, er det to ting som spiller en avgjørende rolle for hvordan banen deres utvikler seg. Det ene er Einsteins relativitetsteori, det andre er Newtons gravitasjonsteori.

You can read a longer version of this article in English

At man kunne forutsi Merkurs midlertidige baneendring (kalt presesjon), som senere ble bekreftet ved observasjoner, var en av de største seire for den generelle relativitetsteorien, som ble utviklet av Einstein for drøyt 100 år siden.

Merkur, baneendring, relativitetsteorien
En enkel illustrasjon av hvordan Merkur endrer bane. Illustrasjon: Cornell University

Endringen skjer fordi omløpshastigheten øker betraktelig når legemene kommer i nærheten av Solen, og  den sterke økningen gjør at relativistiske effekter kan bli betydelige (se figuren til høyre).

Det andre skyldes hvordan Jupiter regelmessig påvirkes av gravitasjon (kalt Kozai-mekanismen), som gjør banen smalere og smalere (eller, med andre ord, mer og mer elliptisk) og får det kretsende legemet til å komme nærmere og nærmere Solen etter hver runde.

Disse jevnlige gravitasjonspåvirkningene fra Jupiter har skapt noen særdeles spektakulære solstrykende kometer (kometer som kommer svært nær Solen og dermed synes svært godt fra vår planet) opp gjennom historien.

C/1965 S1 (Ikeya-Seki), komet
Kometen C/1965 S1 (Ikeya-Seki) er en av de mest spektakulære solstrykende kometene i historien. Foto: Maynard Pittendreigh

Helt nye scenarier

I tidligere vitenskapelige studier er disse påvirkningene på himmellegemene undersøkt hver for seg, men i denne studien undersøker vi de interessante scenariene vi får når vi har en kombinasjon av begge.

Våre beregninger viser at disse periodiske gravitasjonspåvirkningene fra Jupiter kan føre til raske forsterkninger i baneendringene i samspill med den generelle relativitet fordi legemene kommer nærmere Solen etter hver runde rundt den.

Noen ganger kan legemene komme ekstremt nær Solen og til slutt kollidere med den. Et godt eksempel fra våre studier er kometen 96P/Machholz 1, som gjennomgår faser der den raskt nærmer seg Solen og til slutt vil falle inn i den om ca. 9000 år. I løpet av dens siste reise like før kollisjonen, finner vi at baneendringene på grunn av den generelle relativitet vil kunne bli opptil ca. 60 ganger så store som Merkurs baneendring, noe som er rekordmye sammenlignet med andre himmellegemer som foreløpig er observert.

Videre gjennomgår denne kometen en reversering av referanseomløpsretningen (kalt en «inclination flip» innen himmelmekanikk) på grunn av gravitasjonseffektene fra Jupiter.

Tresnitt, meteorstormen Leonidene, 1833
Tresnittet viser meteorstormen Leonidene i 1833. Illustrasjon: Elsevier/M. Littmann

Vår studie gir for første gang et eksempel på et himmellegeme hvor alle disse tidligere nevnte effektene og egenskapene overlapper på en tydelig måte. Dette gjør denne studien ny og unik i forhold til tidligere studier av banene til lignende objekter i solsystemet.

Små endringer gir store utslag

Vi har også funnet at kombinasjonen av påvirkningskreftene har viktige konsekvenser når det gjelder studier av smålegemers sammenstøt med Jorden. Våre beregninger viser at selv en liten baneendring på grunn av den generelle relativitet kan føre til store variasjoner i den nærmeste baneavstanden mellom himmellegemet og Jorden.

Jupiters periodiske påvirkninger kan øke de generelle relativistiske effektene i noen solsystembaner. Dette fører til at nærkontakt-scenarier mellom himmellegemer endres markant.

Kart over kratere fra himmellegemer
Kart over kjente kratere som skyldes himmellegemer. Illustrasjon: Stephanie Werner

Dette spiller videre en viktig rolle når man studerer og vurderer beregninger for langsiktige trusler om sammenstøt med jorden, som kan skape interessante og bemerkelsesverdige innslag som kratere og meteorstormer på Jorden.

Planeten vår er blitt bombardert med himmellegemer av ulike typer og ulike størrelser gjennom hele historien (se kraterkartet til venstre), og disse signaturene er et viktig verktøy for å forstå Jordens utvikling og dynamikk.

Leter hele tiden etter farer

Moderne teleskopundersøkelser verden over skanner kontinuerlig himmelen for å finne objekter i solsystemet som potensielt kan komme svært nær Jorden og bli en fremtidig trussel.

Pan-STARRS PS1 teleskop på Hawaii
Pan-STARRS PS1-teleskopet på Hawaii, det er her det for tiden er mest aktiv jakt på objekter som nærmer seg Jorden. Foto: Institute for Astronomy, University of Hawaii

Dagens presise observasjoner og detaljerte teoretiske beregninger, styrket av tungregningsanlegg (som beregningsklyngene USIT/NOTUR), tar sikte på å finne bedre modeller for studier av farene for kortsiktige og langsiktige sammenstøt for å gjøre Jorden til et tryggere sted i det lange løp.

Artikkelforfatterne jobber ved CEED (Senter for Jordens utvikling og dynamikk) ved UiO. CEED er et Senter for fremragende forskning og hører til Institutt for geofag.

De takker Crater Clock-prosjektet (235058/F20) ved CEED . Prosjektet er finansiert av Forskningsrådet og USIT UNINETT Sigma2 gjennom Notur.

Kontakt:

Aswin Sekhar, postdoktor ved CEED

Stephanie Werner, førsteamanuensis ved CEED

Les mer:

Change in general relativistic precession rates due to Lidov-Kozai oscillations in Solar system, Oxford Academic

Mer på Titan.uio.no:

Kategori: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Norsat-1

UiO-forskere vil lage "romvær-Yr"

14. juli skytes den norske satellitten NORSAT-1 opp i rommet med en Soyuz-rakett fra Bajkonur kosmodrom i Kazakhstan, verdens største rakettoppskytingsbase.