Гаригийн систем дэх тойрог замын резонанс
Тойрог замын резонанс нь таталцлын хүч нь гаригийн системийн бүтцийг бүрдүүлэхэд ашигладаг "нууц хэл"-үүдийн нэг юм. Энэ нь зарим сар яагаад тодорхой тойрог замын хэв маягт түгжигдсэн, гаригийн цагираг яагаад цэвэр зайтай байж болох, зарим гаригийн гаднах систем яагаад хөгжмийн хэмжүүр шиг эмх цэгцтэй харагддагийг тайлбарладаг. Энэ нийтлэлд бид тойрог замын резонанс гэж юу болох, хэрхэн үүсдэг, түүний нөлөө, манай Нарны систем болон түүнээс цаашхи чухал жишээнүүдийн талаар авч үзэх болно.
Орбитал резонанс гэж юу вэ?
Энгийнээр хэлбэл, төв биетийг тойрон эргэлддэг хоёр (буюу түүнээс дээш) тэнгэрийн биет - жишээлбэл, одыг тойрон эргэдэг гариг эсвэл гаригийг тойрон эргэдэг сар - нь энгийн бүхэл тооны харьцааг үүсгэдэг тойрог замын үетэй байх үед тойрог замын резонанс үүсдэг. Жишээ нь 2:1, 3:2 эсвэл 4:3 байж болно. Ийм харьцаа нь жишээлбэл, 2:1 резонанст нэг объект нөгөө объект нэг эргэлтийг гүйцэтгэхтэй ойролцоо хугацаанд хоёр тойрог замын эргэлтийг гүйцэтгэдэг гэсэн үг юм.
Бүхэл тооны харьцаа яагаад чухал вэ? Учир нь эдгээр нөхцөлд объектууд бие биетэйгээ харьцангуй ижил төстэй геометрийн тохиргоонд дахин дахин орох болно. Үүний үр дүнд мөргөлдөөн бүрт тохиолддог жижиг таталцлын хүч ижил төстэй үе шатанд "давтагддаг" бөгөөд энэ нь цаг хугацааны явцад нөлөө хуримтлагдах боломжийг олгодог. Энэ бол резонансын мөн чанар юм: тогтмол давталтаар таталцлын нөлөөллийг нэмэгдүүлэх.
Резонанс хэрхэн үүсдэг вэ?
Тойрог замын резонанс нь ихэвчлэн динамик хувьслын урт хугацааны үйл явцын үр дүнд үүсдэг. Хэд хэдэн үндсэн механизм байдаг:
1. Протопланетар диск дэх тойрог замын шилжилт
Гаригийн системийн эхэн үед залуу гаригууд хий болон тоосны дискний дотор үүсдэг. Гаригууд болон дискний хоорондох таталцлын харилцан үйлчлэл нь тэдний тойрог замыг удаан хөдөлгөхөд (шилжилт хөдөлгөөн) хүргэдэг. Хэрэв хоёр гариг өөр өөр хурдтайгаар хөдөлвөл энгийн үеийн харьцаанд хүрэх хүртлээ "ойртож" чадна. Ийм зүйл тохиолдоход резонанс нь гаригийн хосыг "бариж", тогтвортой байлгаж чадна.
2. Эрчим хүчний тархалт ба далайн түрлэгийн хүч
Сар-гаригийн системд далайн түрлэгийн хүч нь тойрог замын зайг аажмаар өөрчилж чаддаг. Сар нь эх гаригаасаа ойртох эсвэл холдох боломжтой. Эдгээр өөрчлөлтийн үед сар хоорондын резонанс үүсч болно.
3. Таталцлын тархалт ба дахин зохион байгуулалт
Гаригуудын хоорондох эмх замбараагүй харилцан үйлчлэл (гаригууд бие биенээ таталцлын хүчээр "түлхдэг") заримдаа шинэ тохиргоог бий болгодог. Эмх замбараагүй үе шат намжсаны дараа зарим системүүд харьцангуй тогтвортой төлөвт резонанс үүсгэдэг.
Орбитал резонансын төрлүүд
Резонанс нь зөвхөн нэг хэлбэрээр хязгаарлагдахгүй. Орбитал динамикт хэд хэдэн төрлийг байнга авч үздэг:
– Дундаж хөдөлгөөний резонанс
Энэ нь хамгийн түгээмэл зүйл юм: тойрог замын хугацааны харьцаа нь энгийн бүхэл тооны харьцаатай ойролцоо байна (жишээ нь, 2:1, 3:2). Энэ резонанс нь тойрог замын үе болон тулгаралтын үе шатанд хоёуланд нь нөлөөлдөг.
– Секуляр резонанс
Энд "синхрон" гэж юу вэ гэвэл тойрог замын үе биш, харин апсис шугамын прецесс (периапсисийн чиглэлд шилжих) эсвэл тойрог замын хавтгай зэрэг тойрог замын элементүүдийн өөрчлөлтийн хурд юм. Секуляр резонанс нь урт хугацааны туршид тойрог замын эксцентриситет буюу хазайлтыг аажмаар нэмэгдүүлж чаддаг.
– Гурван биеийн резонанс
Заримдаа резонансын хамаарал нь гурван объектыг нэг дор хамардаг бөгөөд энэ нь тодорхой хиймэл дагуулын системд илүү төвөгтэй боловч маш чухал нөхцөл байдлыг бүрдүүлдэг.
Резонансын нөлөө: тогтвортой байдал уу эсвэл эмх замбараагүй байдал уу?
Резонансыг ихэвчлэн тогтвортой байдлыг хадгалдаг "цавуу" гэж үздэг боловч энэ нь эмх замбараагүй байдлын эх үүсвэр болж чаддаг. Үүний нөлөө нь нөхцөл байдлаас хамаарна.
1. Урт хугацааны тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэх
Зарим тохиргоонд резонанс нь аюултай ойрын мөргөлдөөнөөс сэргийлдэг. Мөргөлдөөний үе шат түгжигдсэн тул гариг эсвэл сар нь томоохон тасалдал үүсгэж болзошгүй тодорхой байрлалаас "зайлсхийдэг". Иймэрхүү резонансууд нь системийг тэрбум тэрбум жилийн турш оршин тогтноход тусалсан.
2. Хазгай чанарыг нэмэгдүүлж, далайн түрлэгийн халаалтыг идэвхжүүлнэ
Резонанс нь эксцентриситетийг (илүү эллипс тойрог зам) нэмэгдүүлдэг. Эллипс тойрог зам нь хувьсах түрлэгийн хүчийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь селестиел биетийг үе үе деформацид оруулдаг. Энэхүү деформаци нь механик энергийг дотоод дулаан болгон хувиргадаг. Үр нөлөө нь эрс өөрчлөгдөж болно: галт уулын идэвхжил, газрын доорх далай тэнгис эсвэл геологийн эрчимтэй өөрчлөлтүүд.
3. Астероидын цагираг эсвэл бүсэд зай завсар, бүтэц үүсгэх
Жижиг бөөмс болон том гаригуудын хоорондох резонанс нь тодорхой байршлаас бөөмсийг зайлуулж, харагдахуйц "зай" үүсгэдэг.
4. Тогтворгүй байдалд хүрэх зам бол
Зарим резонансууд давхцаж, замбараагүй тойрог замын ландшафтыг бий болгодог. Астероид гэх мэт жижиг объектуудыг гаригийн тойрог замыг хөндлөн гарах тойрог замд түлхэж, мөргөлдөх магадлалыг нэмэгдүүлдэг.
Нарны систем дэх резонансын жишээнүүд
1) Ио-Европа-Ганимед 4:2:1 резонанс (Лапласын резонанс)
Бархасбадь гаригийн гурван том дагуул болох Ио, Европ, Ганимед нь 4:2:1 резонанстай байдаг. Энэ нь тойрог зам бүрт Ганимед нэг тойрог зам, Европ хоёр тойрог зам, Ио дөрвөн (ойролцоогоор) тойрог зам гаргадаг гэсэн үг юм. Энэ бол гурван биеийн резонансын маш чухал жишээ юм.
Гол үр дагавар: Иогийн тойрог замын хазгай байдал хадгалагдаж, Бархасбадь гаригийн далайн түрлэгийн хүч нь Иогийн дотор талыг тасралтгүй халаах боломжийг олгодог. Үүний үр дүнд Ио нь Нарны аймгийн хамгийн галт уулын биет юм. Европ нь мөн далайн түрлэгийн халаалтыг мэдэрдэг бөгөөд энэ нь дэлхийн гадна амьдрах орчныг хайх хамгийн ирээдүйтэй газруудын нэг болох гүний далайг хадгалахад тусалдаг.
2) 3:2 резонанс дахь Плутон-Далай ван
Плутон нь Далай вантай 3:2 харьцаатай резонансаар Нарыг тойрон эргэлддэг. Плутон хоёр тойрог замд гүйцдэг бол Далай ван гурван тойрог замд гүйцдэг. Плутоны тойрог зам нь Далай ваны тойрог замтай геометрийн хувьд огтлолцдог ч резонанс нь тэднийг хэзээ ч мөргөлдөхөөс сэргийлдэг: фазын тохиргоо нь Далай ван "аюултай" цэгийн ойролцоо байх үед Плутоныг аюулгүй байрлалд байлгадаг.
Энэхүү резонанс нь "плутинос" гэж нэрлэгддэг бусад Койпер бүсийн объектуудад бас түгээмэл байдаг.
3) Астероид бүс дэх Кирквуд Гэп
Ангараг болон Бархасбадь гарагийн хоорондох астероидын бүсэд Нарнаас тодорхой зайд зай завсар (Кирквудын зай завсар) байдаг. Эдгээр зай завсар нь голчлон Бархасбадьтай 3:1 эсвэл 2:1 резонанс гэх мэт дундаж хөдөлгөөний резонансаас үүсдэг. Эдгээр резонанс дахь астероидууд тойрог зам нь тогтворгүй болж, эцэст нь тухайн бүсээс "гарах" хүртэл эксцентрик чанарыг нь нэмэгдүүлж болзошгүй давтагдсан хэлбэлзлийг мэдэрдэг.
4) Санчир гаригийн цагираг дахь резонанс
Санчир гаригийн цагиргуудын нарийн бүтэц, түүний дотор зарим хурц ирмэг ба нягтралын долгион нь Санчир гаригийн дагуулуудтай резонансаас ихээхэн хамаардаг. Сарны үечилсэн таталцлын хүч нь цагирагны хэсгүүдэд хэлбэр дүрс үүсгэдэг бөгөөд энэ нь резонанс нь зөвхөн том гаригийн үзэгдэл төдийгүй жижиг бөөмийн хэмжээнд ажилладаг болохыг харуулж байна.
Гадны гаригийн систем дэх резонанс
Экзопланетуудын ажиглалтаас харахад резонанс нь нийтлэг сэдэв болохыг харуулж байна. Зарим авсаархан гаригийн системүүд нь үе нь бие биентэйгээ энгийн харьцаагаар ойрхон гаригуудтай байдаг бөгөөд энэ нь өнгөрсөн резонансын шилжилт хөдөлгөөн болон баригдалтыг илтгэдэг. Үүний алдартай жишээ бол TRAPPIST-1 бөгөөд хэд хэдэн гаригууд бараг резонансын үеийн гинжийг үүсгэдэг. Энэ ойрхон байдал нь үргэлж яг бүхэл тоо биш боловч резонансын динамикийн хүчтэй нөлөөллийг илтгэхэд хангалттай юм.
Резонансын гинж нь эрдэмтдэд дамжин өнгөрөх хугацааны хэлбэлзэл (TTV)-ээр дамжуулан гаригуудын массыг хэмжихэд ашигтай байдаг. Гаригууд бие биедээ хөндлөнгөөс оролцох үед тэдгээрийн дамжин өнгөрөх хугацаа тогтмол хэлбэлздэг. Энэ хэв маяг нь системийн параметрүүдийг тодорхойлоход ашиглаж болох резонансын "хурууны хээ" болж үйлчилдэг.
Орбитал резонанс яагаад чухал вэ?
Орбитал резонанс нь чухал ач холбогдолтой, учир нь энэ нь:
– Гаригийн системийн бүтэц болон урт хугацааны тогтвортой байдлыг тайлбарлана уу.
– Идэвхтэй геологийн орчин, тэр ч байтугай амьдрах орчныг бүрдүүлж чадах далайн түрлэгийн халаалтын хөдөлгөгч хүч байх.
– Астероид бүс болон гаригийн цагираг дээр динамик ландшафтыг бүрдүүлэх.
– Эртний нүүдэл болон харилцан үйлчлэлээр дамжуулан гаригийн үүслийн түүхийн сэжүүр болж өгдөг.
– Гаднах гаригийн систем дэх масс болон харилцан үйлчлэлийг хэмжих аргуудад тусалдаг.
Хаах
Тойрог замын резонанс нь гаригийн системүүд нь зүгээр л чөлөөтэй хөдөлдөг биетүүдийн цуглуулга биш, харин эмх цэгцтэй боловч эмзэг, таталцлын бүжгийн сүлжээ гэдгийг харуулж байна. Бага зэргийн үечилсэн харьцаатай үед жижиг, давтагддаг татах хүчнүүд нь сарыг халааж, цагиргийг зохион байгуулж, астероидын бүсийн хэсгүүдийг хоосолж, тэр ч байтугай хоёр биетийг мөргөлдөхөөс сэргийлдэг сансрын "хөдөлгүүр" болж чаддаг. Галт уулын идэвхжилээр дүрэлзсэн Иогаас эхлээд Далай вантай цуурайтай тэврэлтэндээ аюулгүй байгаа Плутон хүртэл тойрог замын резонанс нь орчлон ертөнц хэрхэн нарийн төвөгтэй динамикийн дунд дэг журмыг тогтоож, хадгалдагийг ойлгох түлхүүр юм.
Хэрэв та хүсвэл би ойлголтын диаграмм (тайлбарт), дундаж хөдөлгөөний резонансын үндсэн томъёог нэмж оруулах эсвэл энэ нийтлэлийг энгийн Гамильтоны талаарх хэлэлцүүлэг болон үе хоорондын харьцааны тооцооллын жишээнүүдтэй илүү техникийн хувилбар болгон өргөжүүлж болно.
