Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Odkrycia GRAND rzucają światło na dynamikę i ewolucję wielorakich systemów planetarnych

Droga do pełnego poznania egzoplanet jest bez wątpienia długa. Aby pomóc społeczności naukowej rozwikłać nierozwiązane zagadki, partnerzy finansowanego ze środków UE projektu badają rolę planetozymali binarnych w powstawaniu planet, analizują satelity planet i poznają podstawowe procesy fizyczne zachodzące w czasie tworzenia się układów egzoplanet.
Odkrycia GRAND rzucają światło na dynamikę i ewolucję wielorakich systemów planetarnych
Projekt GRAND (GRAvitational N-body Dynamics: Dynamics and evolution of multiple planetary systems) ma dwa zasadnicze cele: poznanie powstawania i ewolucji satelitów planet, układów wieloksiężycowych i planetozymali binarnych oraz ich roli w powstawaniu planet; scharakteryzowanie właściwości i ewolucji układów wieloplanetarnych.

Projekt już ma niemałe osiągnięcia, choć jego realizacja przewidziana jest aż do lutego 2017 r. Do jednych z najciekawszych jak dotąd można zaliczyć odkrycie, że impaktory uderzające w planety podobne do Ziemi mogą mieć bardzo zbliżony do nich skład; a także szczegółową analizę kolejności planet w układach wieloplanetarnych oraz kryteria stabilności dla przetrwania księżyca w układach wieloplanetarnych.

Prof. Hagai Perets, koordynator projektu GRAND i adiunkt na Wydziale Fizyki Instytutu Technologii Technion w Izraelu, przedstawia w skrócie dotychczasowy dorobek projektu.

Dlaczego postanowił pan skupić swoje badania na układach wieloplanetarnych?

Pośród tysięcy egzoplanet odkrytych na przestrzeni ostatnich kilku lat, ogromną liczbę stanowią układy wieloplanetarne i istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że układy „pojedyncze” mają dodatkowych, ale niewykrytych jeszcze towarzyszy. W gruncie rzeczy każda próba poznania powstawania planet oraz budowy układów egzoplanet musi dotyczyć układów wieloplanetarnych. W świetle mojej wiedzy eksperckiej na temat dynamiki gwiazd i planet, ta dziedzina jest naturalnym wyborem zważywszy na jej znaczenie i bogatą fizykę.

Jakie konkretne korzyści przynosi badanie ewolucji tego typu układów?

Interakcja między planetami a księżycami w układach planetarnych pełni kilka ważnych funkcji w kontekście ich powstawania i powiększania się w następstwie kolizji oraz kształtowania ich budowy. Tego typu interakcje zachodzą w krótkim i bardzo długim okresie czasu, zmieniając orbity obiektów planetarnych. Poznanie tych interakcji ma zatem kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia pochodzenia i charakterystyki egzoplanet oraz naszego Układu Słonecznego.

Jakie dane wykorzystał pan w swoich badaniach?

W swoich badaniach, które są głównie teoretyczne, wykorzystuję zarówno narzędzia analityczne, jak i symulacyjne do modelowania ewolucji układów planetarnych. Jeżeli chodzi o dane, to korzystam z tych symulacyjnych i obserwacyjnych, zwłaszcza tych pozyskiwanych z misji Keplera do wykrywania planet na podstawie tranzytu oraz misji badania Układu Słonecznego i jego księżyców, a także dane z teleskopów naziemnych.

Rozwiązał pan w szczególności stary problem podobieństwa składu Ziemi i Księżyca. Czy może pan rozwinąć ten wątek?

Przez całe ubiegłe stulecie toczyła się dyskusja nad pochodzeniem księżyców. Wedle głównego paradygmatu obowiązującego przez ostatnie 40 lat, Księżyc powstał w następstwie potężnego zderzenia obiektu przypominającego Marsa z praziemią. Modele z powodzeniem wyjaśniły większość właściwości Księżyca i układu Ziemia-Księżyc.

Jednak jedno wyzwanie pozostało niepokonane – problem składu. Odkryto, że skład izotopowy Ziemi i Księżyca jest bardzo podobny. Tymczasem symulacje potężnych zdarzeń pokazały, że większość materiału tworzącego Księżyc pochodziła z impaktora, a nie z samej Ziemi – jak w przypadku innych obiektów planetarnych w Układzie Słonecznym, takich jak Mars i planetoida Vesta. Problem pogłębił się jeszcze bardziej, kiedy udoskonalone pomiary składu wykazały, jak bardzo Ziemia i Księżyc są do siebie podobne.

W toku moich badań ponownie rozważyłem niektóre z podstawowych założeń zgodnie z tą logiką, stawiając przede wszystkim pytanie o to, czy skład impaktorów jest tak odmienny, jak innych niezderzających się planet w Układzie Słonecznym. Użyliśmy danych z dziesiątek szeroko zakrojonych symulacji powstawania systemów podobnych do Układu Słonecznego oraz przestudiowaliśmy skład planet i impaktorów podobnych do Ziemi. Odkryliśmy, że chociaż różne planety mają odmienny skład, w przypadku impaktorów ich skład (tuż przed zderzeniem) był znacznie bardziej zbliżony do planety, w którą uderzały. Ponadto w znaczącej części przypadków odkryliśmy tyle samo podobieństw w składzie między mającym powstać obiektem podobnym do Księżyca a uderzoną planetą, co między Ziemią a Księżycem. Innymi słowy wykazaliśmy, że liczący sobie 40 lat problem składu mógł w ogóle nie stanowić problemu, a hipoteza potężnego zderzenia może go wyjaśniać.

W jaki sposób pana badania nad kolejnością planet w układach egzoplanetarnych mogą wnieść wkład w przyszłe przewidywania teoretyczne?

Jeden z projektów, nad którymi pracuję, poświęcony jest analizie kolejności planet w układach egzoplanetarnych – jeżeli mamy na przykład trzy planety różnej wielkości, to ich kolejność może mieć sześć permutacji. Kolejność planet jest wynikiem skomplikowanej ewolucji, podobnie jak inne ich właściwości, takie jak eliptyczność (ekscentryczność) orbit czy rozkład wielkości. Te dwa ostatnie są ważnymi właściwościami, gdyż rozkład może posłużyć do ograniczania procesów powstawania planet. Jako takie są przedmiotem obszernych badań.

W swoich badaniach staram się przedstawiać tezę, że kolejność planet to kolejna właściwość, jak dotąd w znacznej mierze pomijana, która może dostarczyć równie dużo, jeżeli nie więcej informacji niż inne, drobiazgowo analizowane właściwości. Nasze wstępne wyniki pokazują, że właściwości związane z kolejnością planet nie są błahe i nie są spójne z wieloma aktualnymi przewidywaniami – a zatem są źródłem nowych ograniczeń obserwacyjnych w kontekście teorii dotyczących powstawania egzoplanet.

Jakich jeszcze ważnych rzeczy dowiedział się pan z przeprowadzonych dotychczas badań?

Opracowałem między innymi całkowicie nowatorską metodę analizowania danych z misji Keplera w celu ustalania rozkładu nachylenia między orbitami egzoplanet a ich gwiazdą macierzystą – ważna właściwość dla zrozumienia ich ewolucji. Ta nowa metoda jako pierwsza umożliwiła pozyskanie na wielką skalę danych statystycznych o rozkładzie nachylenia i jego stosunku do wielkości, odległości i liczebności planet, czego nie można uzyskać za pomocą żadnej innej metody.

Prace nad projektem zakończą się w lutym 2017 r. Jakie ma pan nadzieje związane z jego ogólnym oddziaływaniem po osiągnięciu wszystkich celów?

Ufam, że projekt rzuci światło i zainicjuje badania nad kolejnością w układach wieloplanetarnych i w ten sposób powiąże i skoreluje właściwości różnych planet w danym układzie – problem, który rzadko jak dotąd był przedmiotem badań. Mam również nadzieję, że zmianie ulegną nasze poglądy na temat układów satelitarnych, ich powstawania i dynamiki zarówno w przypadku układu Ziemia-Księżyc (nad czym będę kontynuować prace), jak i innych księżyców w Układzie Słonecznym.

GRAND
Dofinansowanie z 7PR-LUDZIE
strona projektu w serwisie CORDIS

Źródło: Wywiad dla 53. numeru magazynu research*eu nt. wyników, s. 7-8

Powiązane informacje

Numer rekordu: 125620 / Ostatnia aktualizacja: 2016-06-23
Kategoria: Wywiady
Dostawca treści: ec
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę