Az ELKH és az ELTE kutatói magyarázatot találtak a Nap‒Jupiter rendszer egyes aszteroidacsaládjainak lehetséges keletkezési mechanizmusára
Az ELKH-ELTE Asztropolarimetria Kutatócsoport munkatársai számítógépes modellezéssel magyarázatot találtak a Nap‒Jupiter rendszerben a Nap körül a Jupiterrel bizonyos középmozgás-rezonanciában keringő aszteroidacsaládok lehetséges keletkezési mechanizmusára. Eszerint a Nap és a Jupiter együttes gravitációja gyakran szabályos geometriai alakzatú pályákra tereli a Nap körül keringő aszteroidákat és minden más kis tömegű égitestet. A kutatók emellett két új rezonáns aszteroidacsaládot is felfedeztek. Az eredményeket bemutató tanulmány a Nemzetközi Asztronautikai Akadémia hivatalos periodikájában, az Acta Astronautica folyóiratban jelent meg.
1. ábra: A Nap‒Jupiter rendszer stabil L4 Lagrange-pontja körül elhelyezett 1 CSE (= 1 csillagászati egység = Nap-Föld távolság = 149 597 870 700 m) sugarú gömbből befogott részecskék x-y síkbeli vetületi képe a Jupiter 7000 keringése után. A különböző színek a Jupiterrel különböző n:m középmozgás-rezonanciában lévő részecskecsaládokat jelölnek oly módon, hogy amíg a Jupiter n-szer kerüli meg a Napot, addig a részecske m-szer. A színek különféle n:m rezonanciákat kódolnak: lila n = 4 : m =3; narancssárga 1:1; piros 3:4; fekete 2:3; kék 5:8, 4:7, 5:9. Lásd még: 1. és 2. videóklip. (Forrás: Slíz-Balogh et al. 2023)
A Jupiter és a Mars közötti aszteroidaövezet különböző rezonanciájú kisbolygócsaládjainak kialakulási mechanizmusa nem teljesen ismert. Az ELKH‒ELTE Asztropolarimetria Kutatócsoport munkatársai, Slíz-Balogh Judit, Horváth Dániel és Horváth Gábor a Nap‒Jupiter rendszer háromdimenziós félanalitikus égi mechanikai modelljének számítógépes modellezésével tanulmányozták a Nap körül a Jupiterrel n:m középmozgás-rezonanciában keringő aszteroidacsaládok egy lehetséges új befogási mechanizmusát (1. ábra, 1., 2. videóklip). Az n:m arány itt azt jelenti, hogy amíg a Jupiter n-szer kerüli meg a Napot, addig az aszteroida m-szer. A Jupiter jelenlegi pályája mentén ‒ beleértve az L3, L4 és L5 Lagrange-pontokat is ‒ befogott részecskék számát és pályáját a Jupiter 7000 keringéséig vizsgálták. Azt találták, hogy nemcsak a Jupiterrel 1:1 rezonanciában lévő trójai és görög aszteroidacsoportok, hanem a 4:3, 4:5, 3:4, 2:3, 5:8, 4:7 és 5:9 rezonanciájú aszteroidacsaládok is származhatnak a stabil L4 és L5 Lagrange-pontok környékéről, valamint az L3 pont és a Jupiter pályájának egyéb tartományaiban befogott részecskékből. Emellett két új, eddig nem ismert rezonanciacsaládot is találtak, amelyek tagjai a Jupiterrel 4:5 és 3:4 rezonanciában mozognak a Nap körül. Ezekben egyelőre még egyetlen aszteroidát sem azonosítottak. Továbbá ugyanitt három-, négy-, ötszög (2. ábra, 3. videóklip) és lópatkó alakú rezonáns aszteroidapályákat is felfedeztek.
2. ábra: A Nap‒Jupiter rendszerbeli néhány olyan részecske pályája, amelyek n:m elsőrendű rezonanciában mozognak a Jupiterrel. (A) n = 4 : m = 3, (B) 1:1, (C) 1:1, (D) 4:5 (lásd: 3. videóklip), (E) 3:4, (F) 2:3. Az A, D, E, F ábrák m = 1 keringést, a B ábra m = 50 keringést, a C ábra pedig m = 200 keringést mutat. A 4:5 és 3:4 rezonanciacsaládokról korábban senki sem tudott. (Forrás: Slíz-Balogh et al. 2023)
A Nap és a Jupiter együttes gravitációja ‒ zsonglőr módjára ‒ gyakran szabályos geometriai alakzatú pályákra tereli a Nap körül keringő aszteroidákat és minden más kis tömegű égitestet. Ezáltal a Jupiter egy gravitációs védőpajzsot képez, amely megóvja a belső Naprendszer bolygóit és holdjait a Jupiterétől nem túlzottan eltérő sebességű, a külső övből érkező aszteroidáktól.
1. animáció: A Nap‒Jupiter rendszer L4 (4:3, 1:1, 3:4 és 2:3 rezonancia) és L5 (1:1 rezonancia) Lagrange-pontjában, valamint a Jupiternek az L4 pont és a Jupiter közötti pályaszakaszán (4:5 rezonancia) befogott részecskék modellezett mozgása – világoszöld: 4:3 rezonancia, piros: L4 körüli 1:1 rezonancia, kék: L5 körüli 1:1 rezonancia és 4:5 rezonancia, zöld: 3:4 rezonancia, narancs: 2:3 rezonancia – a Jupiterrel együtt forgó koordinátarendszerben ábrázolva. A szimuláció kezdeti időpontja τ = 0 földi nap, ahol τ az az időpont, amikor a Jupiter a Naphoz a legközelebb tartózkodik. A videó középpontja a Nap (nagy sárga pont). A videóban a 3 dimenziós modell 2 dimenziós vetülete látható. Az x-y sík a Jupiter keringési síkja. A kutatók 69 420 részecskét indítottak az L4 és L5 pont körüli 1 CSE (= 1 csillagászati egység = Nap‒Föld távolság = 149 597 870 700 m) sugarú gömbben egyenletesen elosztva. A kis lila, kék, világoskék, narancs, sárga és zöld pont rendre a Jupitert, az L1, L2, L3 L4 és L5 pontot jelöli. A földi napokban mért idő a bal felső sarokban szerepel. A részecskéket a befogásuk után 20 jupiteri keringésig követték. (Forrás: Slíz-Balogh et al. 2023)
2. animáció: A Nap‒Jupiter rendszer L4 (4:3, 1:1, 3:4 és 2:3 rezonancia) és L5 (1:1 rezonancia) Lagrange-pontjában, valamint a Jupiternek az L4 pont és a Jupiter közötti pályaszakaszán (4:5 rezonancia) befogott részecskék modellezett mozgása – világoszöld: 4:3 rezonancia, piros: L4 körüli 1:1 rezonancia, kék: L5 körüli 1:1 rezonancia és 4:5 rezonancia, zöld: 3:4 rezonancia, narancs: 2:3 rezonancia – a Jupiterrel együtt forgó koordinátarendszerben ábrázolva. A modellezés kezdeti időpontja τ = 0 földi nap, ahol τ az az időpont, amikor a Jupiter a Naphoz a legközelebb tartózkodik. A videó középpontja a Nap (nagy sárga pont). A videóban a 3 dimenziós modell 2 dimenziós vetülete látható. Az x-y sík a Jupiter keringési síkja. A kutatók 69 420 részecskét indítottak az L4 és L5 pont körüli 1 CSE (= 1 csillagászati egység = Nap‒Föld távolság = 149 597 870 700 m) sugarú gömbben egyenletesen elosztva. A kis lila, kék, világoskék, narancs, sárga és zöld pont rendre a Jupitert, az L1, L2, L3 L4 és L5 pontot jelöli. A földi napokban mért idő a bal felső sarokban szerepel. A mozgást a befogást követő 7000 és 7020 jupiteri keringés között ábrázolták. (Forrás: Slíz-Balogh et al. 2023)
3. animáció: A Nap‒Jupiter rendszerben a Jupiternek az L5 Lagrange-pont és a Jupiter közötti pályaszakaszán befogott 4:5 rezonanciájú részecskék modellezett mozgása a Jupiterrel együtt forgó koordinátarendszerben ábrázolva. A modellezés kezdeti időpontja τ = 0 földi nap, ahol τ az az időpont, amikor a Jupiter a Naphoz a legközelebb tartózkodik. A videó középpontja a Nap (nagy sárga pont). A videóban a 3 dimenziós modell 2 dimenziós vetülete látható. Az x-y sík a Jupiter keringési síkja. A részecskék kezdeti sebességvektora megegyezik az L4 pontéval τ = 3252 földi nappal azután, hogy a Jupiter a Naphoz a legközelebb van, miközben a Jupiter a Naphoz legközelebbről indul (τ = 0). A kutatók 69 420 részecskét indítottak az L4 és L5 pont körüli 1 CSE (= 1 csillagászati egység = Nap‒Föld távolság = 149 597 870 700 m) sugarú gömbben egyenletesen elosztva. A kis lila, kék, világoskék, narancs, sárga és zöld pont rendre a Jupitert, az L1, L2, L3 L4 és L5 pontot jelöli. A földi napokban mért idő a bal felső sarokban szerepel. A mozgást a befogást követő 7000 és 7020 jupiteri keringés között ábrázolták. (Forrás: Slíz-Balogh et al. 2023)
A kutatás az ELKH-ELTE-0116607 (Hordozható képalkotó polariméteres csillagászati távcső építése és a Föld kedvező asztroklímájú területein történő alkalmazásai, különös tekintettel a Kordylewski-porholdakra) pályázat keretében valósul meg.
Publikáció:
Judit Slíz-Balogh, Dániel Horváth, Gábor Horváth (2023). Jupiter, the great celestial organizer:Oon the origin of orbits of some asteroid families in mean motion resonances with Jupiter. Acta Astronautica 211: 208-215 + electronic supplement. DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.06.005
'%3e%3cg%20transform='translate(360.645%203210.941)'%3e%3cpath%20d='M0,9.915l2.339,2.479L9.355,4.958l7.016,7.437,2.339-2.479L9.355,0Z'%20transform='translate(0%200)'%20fill='%23fff'/%3e%3c/g%3e%3cg%20transform='translate(360.645%203220.663)'%3e%3cpath%20d='M0,9.915l2.339,2.479L9.355,4.958l7.016,7.437,2.339-2.479L9.355,0Z'%20transform='translate(0%200)'%20fill='%23fff'/%3e%3c/g%3e%3c/g%3e%3c/svg%3e){kind=small}