Planetar Orbitlərin Eksentrikliyi
Planetlərin ulduzlar ətrafında fırlandığını düşündüyümüz zaman, ağla tez-tez səliqəli, sabit dairəvi yollar gəlir. Əslində, planetlərin orbitlərinin əksəriyyəti mükəmməl dairəvi deyil. Onlar adətən ellipslərdir - bir istiqamətdə "uzanmış" bir dairə kimi. Ellipsin nə qədər "ellips" olduğunun ölçüsü orbitin ekssentrikliyi adlanır. Bu konsepsiya sadə görünür, lakin dərin mənaları var: planetin ulduzundan məsafəsindəki dəyişikliklərə, orbital sürətindəki dəyişikliklərə və hətta potensial iqliminə və yaşayışa yararlılığına təsir göstərir.
Eksantriklik nədir?
Ümumiyyətlə, eksentrisitet (e) orbitin formasını təsvir edən bir rəqəmdir:
– e = 0 orbitin tam dairə olduğunu bildirir.
– 0 < e < 1 elliptik orbit deməkdir (bu, planetlər üçün ən çox yayılmışdır). – e = 1 parabolik yol deməkdir (cisim bir dəfə keçir və geri qayıtmır; məsələn, müəyyən kometlər). – e > 1 hiperbolik yol deməkdir (cisim uzaqdan gəlir və sonra əbədi olaraq uzaqlaşır).
Günəş sistemindəki planetlər üçün e-nin qiyməti 0 ilə 1-dən kiçik arasındadır, buna görə də hamısı elliptik orbitlərə malikdir. Lakin, ellipsin "ellipslik" dərəcəsi dəyişir.
Ellips, fokus, perihelion və afelion
Elliptik orbitin fokus adlanan iki spesifik nöqtəsi var. Günəş ətrafında fırlanan planet halında, Günəş ellipsin mərkəzində deyil, bir fokusdadır. Buna görə də planetin Günəşdən məsafəsi orbit boyunca dəyişir.
Orbitdə iki vacib mövqe var:
– Perihelion: planetin Günəşə ən yaxın nöqtəsi
– Afelion: Günəşdən ən uzaq nöqtəsi
Eksentrisitet nə qədər böyükdürsə, perihelion və afelion arasındakı məsafə fərqi də bir o qədər böyükdür.
Ekssentriklik və Kepler qanunları
Ekssentriklik təkbaşına mövcud deyil. Bu, planetlərin Kepler qanunlarına, xüsusən də ikinci qanuna uyğun olaraq hərəkət etməsi ilə əlaqədardır: bir planeti və Günəşi birləşdirən xəyali xətt bərabər zaman ərzində bərabər sahələri əhatə edir. Nəticə etibarilə, bir planet periheliona yaxın olduqda daha sürətli hərəkət edir; afeliona yaxın olduqda isə daha yavaş hərəkət edir. Bu, "orbital sürət"in elliptik orbit üçün sabit olmadığını izah edir.
Demək olar ki, dairəvi orbitlərdə (aşağı e) sürət və məsafədəki dəyişikliklər nəzərə çarpmır. Lakin eksentrik orbitlərdə (daha yüksək e) fərqlər kəskin ola bilər.
Günəş sistemindəki eksentrisitetin nümunələri
Günəş sistemindəki planetlərin ekssentrikliyi müxtəlifdir. Ümumi məlumat budur (rəqəmlər yuvarlaqlaşdırıla bilər):
– Venera: dairəyə çox yaxın (e ~ 0,007)
– Yer: demək olar ki, dairəvi (e ~ 0,017)
– Mars: daha oval (e ~ 0,093)
– Merkuri: planetlərin ən eksentrikidir (e ~ 0,206)
Yer kürəsinin çox vaxt "sferik" orbitə malik olduğu düşünülür, lakin yenə də elliptikdir. Perihelion və apelion arasındakı Yer kürəsinin Günəşdən məsafəsi təxminən bir neçə milyon kilometrdir. Bu, böyük səslənsə də, orta məsafənin yalnız bir neçə faizini təşkil edir, ona görə də Yerin aldığı ümumi günəş enerjisinə təsiri oxunun əyilməsi kimi digər amillərlə müqayisədə nisbətən azdır.
Yer üzündə eksantriklik və fəsillər
Geniş yayılmış bir yanlış təsəvvür budur ki, fəsillər Yerin yayda Günəşə daha yaxın, qışda isə daha uzaq olması səbəbindən baş verir. Əslində, fəsillər əsasən Yerin eksantrikliyi ilə deyil, onun oxunun əyilməsi (təxminən 23,5°) ilə müəyyən edilir.
Maraqlıdır ki, Yer əslində yanvar ayının əvvəllərində, Şimal yarımkürəsində qışın olduğu dövrdə periheliyə yaxındır. Bu, məsafənin fəsilləri müəyyən edən əsas amil olmadığını göstərir. Bununla belə, eksantrikliyin hələ də kiçik bir təsiri var: günəş işığının intensivliyi Yer periheliyə və afeliyaya doğru olduqda bir qədər dəyişir. Bu təsir Yer kürəsinin il ərzində aldığı günəş enerjisinin paylanmasında kiçik dəyişikliklər kimi görünür.
Eksantriklik niyə dəyişə bilər?
Orbital eksentrisitet həmişə sabit olmur. Çoxlu planetləri olan sistemlərdə planetlər arasındakı cazibə qüvvəsi orbitlərin yavaş dəyişməsinə səbəb olur. Minlərlə ildən milyonlarla ilə qədər olan zaman miqyasında Yerin eksentrisiteti Milankoviç dövrlərinin bir hissəsi olan dəyişiklikləri yaşayır - buz dövrləri də daxil olmaqla, uzunmüddətli iqlim modelləri ilə əlaqəli Yerin orbital və fırlanma parametrlərində bir sıra dövri dəyişikliklər.
Planetlərarası qarşılıqlı təsirlərə əlavə olaraq, digər kütləvi obyektlərə yaxınlıq, orbital rezonanslar və planetar sistemin formalaşma tarixi (məsələn, toqquşmalar və ya planetar miqrasiyalar) da ekssentrisitetə təsir göstərə bilər.
Ekzoplanetlərdə eksantriklik: sakitlikdən ifratlığa qədər
Astronomlar ekzoplanetləri (Günəş sistemimiz xaricindəki planetlər) kəşf etməyə başlayanda, onların bir çoxunun öz planetlərimizdən daha böyük eksentrikliklərə malik olduğunu aşkar etdilər. Ulduzlarına çox yaxın orbitdə fırlanan bəzi qaz nəhəngləri ("isti Yupiterlər") orbitlərini sabitləşdirən qabarma-çəkilmə effektləri səbəbindən demək olar ki, dairəvi orbitlərə malikdirlər, lakin bir çox digər ekzoplanetlər olduqca elliptik orbitlər nümayiş etdirirlər.
Yüksək eksentriklik tez-tez "sərt" dinamik bir tarixçəni göstərir, məsələn:
- planetlər arasında güclü cazibə qüvvəsi qarşılıqlı təsirləri,
– ikili ulduz sistemlərində yoldaş ulduzlardan qaynaqlanan pozuntular,
– və ya sistemin erkən formalaşması zamanı planetlərin toqquşması və atılması.
Ekssentrik orbitlər həmçinin planetin ətraf mühit şəraitini daha da ekstremal edir: ulduza olan məsafədəki dəyişikliklər temperaturda və orbit boyunca alınan radiasiyanın intensivliyində böyük dəyişikliklərə səbəb olur.
Eksantrikliyin yaşayışa yararlılığa təsiri
Planetlərin yaşayış qabiliyyətinin öyrənilməsində ekssentrisitet vacib parametrdir. Əgər planetin ekssentrisiteti böyükdürsə, o zaman aşağıdakı kimi ola bilər:
– orbitinin bir hissəsini ulduza çox yaxın (çox isti) keçirir,
– və bəziləri çox uzaqdadır (çox soyuqdur).
Lakin, yaşayış üçün yararlılıq yalnız məsafə ilə müəyyən edilmir. Qalın atmosfer, okeanlar və ya istilik dövranı mexanizmləri temperaturun sabitləşməsinə kömək edə bilər. Orta eksentrikliyə malik planetlərin hələ də effektiv yaşayış zonasına sahib ola biləcəyi ssenarilər mövcuddur, xüsusən də orta enerji qəbulu maye suyu dəstəkləyirsə və atmosfer istiliyi paylaya bilirsə.
Digər tərəfdən, böyük eksentrikliklər ekstremal iqlim dəyişikliklərinə səbəb olmaq, hava qeyri-sabitliyini pisləşdirmək, mövsümi dəyişikliklər etmək və hətta ulduzla qabarma-çəkilmə qarşılıqlı təsirlərinə təsir göstərmək potensialına malikdir ki, bu da planetin daxilini qızdıra (qabarma-çəkilmə istiləşməsi) və ya fırlanma təkamülünü sürətləndirə bilər.
Eksentsiallığın ölçülməsi: astronomlar bunu haradan bilirlər?
Günəş sistemində ekssentrisitet planetlərin mövqelərini zamanla müşahidə etməklə çox dəqiq müəyyən edilir. Ekzoplanetlər üçün ümumi metodlara aşağıdakılar daxildir:
– Radial sürət: planetin çəkilməsi səbəbindən ulduzun “sallanması”nı ölçür; siqnal əyrisinin forması eksantrikliyi aşkar edə bilər.
– Tranzit: planet ulduzun önündən keçdikdə, tranzitin müddəti və forması, eləcə də digər məlumatlar orbitin forması haqqında ipucları verə bilər.
– Zaman dəyişiklikləri: planetlərarası qarşılıqlı təsirlərə görə tranzit vaxtında (TTV) dəyişikliklər, eksentrisitet də daxil olmaqla orbital parametrlərin aşkarlanmasına kömək edə bilər.
Nə qədər çox məlumat toplasaq, eksantrikliyi qiymətləndirmək və sistemin dinamikasını anlamaq bir o qədər yaxşı olar.
Bağlanır
Planetin orbitinin eksentrikliyi, orbitlərin niyə həmişə dairəvi olmadığını, planetin ulduzundan məsafəsinin niyə dəyişdiyini və planetin sürətinin orbit boyunca niyə sabit olmadığını anlamaq üçün əsas anlayışdır. Günəş sistemində planetlərin eksentriklikləri nisbətən kiçikdir və bu da orbital dinamikanı "sakit" göstərir. Lakin, bir çox ekzoplanet daha çox eksentrik orbitlər nümayiş etdirir və bu da planetar sistemlərin təkamülünün olduqca mürəkkəb və dramatik qarşılıqlı təsirlərlə dolu ola biləcəyini göstərir.
Eksentsiritliyi anlamaqla, biz yalnız orbitlərin həndəsəsini öyrənmirik, həm də planetar sistemi formalaşdıran cazibə qüvvəsinin "tarixini" oxuyuruq və orbitin formasının iqlimə və həyati mühitin yaranma şansına necə təsir edə biləcəyini qiymətləndiririk.
