Egy bolygó körül keringő holdak rendszere akkor a legstabilabb, ha a testek úgynevezett orbitális rezonanciában keringenek, vagyis a keringési idejük aránya leírható kis egész számok hányadosaként. Például a Jupiter három nagy holdja a Io, az Europa és Ganümédész 4:2:1 rezonanciában keringenek: míg a Io négyszer kerüli meg a Jupitert, addig az Europa kétszer, a Ganümédész pedig egyszer.
A harmonikus keringések speciális esete az 1:1 rezonancia, amikor két test azonos sugarú, koorbitális pályán kering. Koorbitális keringés többféle módon is stabil lehet, ennek egy különleges változatát, a patkó-típusú (horseshoe-type) 1:1 rezonanciát mutatom most be, ami nem annyira ritka jelenség, még a Naprendszerünkben is előfordul – a Szaturnusz Janus és Epimetheus nevű holdjai pontosan ilyen pályán keringenek.
A patkó-típusú 1:1 rezonancia igazából nem teljesen 1:1 arányú keringési pályákat takar. A keringés jellegét épp az adja, hogy a két égitest pályasugara között van egy minimális eltérés, így az egyik hold egy kicsit közelebb kering a központi tömeget jelentő bolygóhoz. Mivel kisebb sugarú pályán mozog, nagyobb a sebessége, és így gyorsabban is ér körbe a keringési pályáján. A kisebb sugarú pályán mozgó hold egyre jobban lehagyja a másik holdat, sőt, sok-sok keringési ciklus alatt utoléri azt… és mégsem előzi meg!
Hogyan lehetséges ez? A válasz egyszerű: a két hold tömegvonzása miatt.
Amikor a gyorsabbik hold a lomhább közelébe ér, a két test gravitációja egyre inkább egymás felé húzza azokat: a külső pályán lévő test kisebb sugarú, a beljebb lévő test pedig nagyobb sugarú pályára mozdul, tehát gyakorlatilag helyet cserélnek. Innentől az a hold lesz a gyorsabbik, amelyik korábban egyre jobban lemaradt a társától, így az lesz az üldöző. Az alábbi animáción jól megfigyelhető ez a végtelen fogócska:
A Janus és az Epimetheus esetében körülbelül 4 évente történik pályacsere, de a központi bolygójukhoz kevésbé közel keringő holdak esetén ez sokkal hosszabb ciklust jelent.
De miért „patkó”? Furcsa név ez egy keringési típusnak, hiszen keringeni ellipszis alakú pályán kell, és a fentiekből látszik, hogy itt is ez történik. Hogy megfejtsük ezt a rejtélyt, elég, ha végiggondoljuk, hogy mit láthat a koorbitális holdak egyikén szemlélődő észlelő. Leegyszerűsítve valami ilyesmit, tehát egy látszólag patkó alakú pályán mozgó égitestet:
Bámulatos látvány lehet, ahogy hol egyik, hol a másik irányból tűnik fel ugyanaz az égitest. Micsoda legendák születhetnek egy ilyen vissza-visszatérő látogatóról, ha a nézőpont-hold egy értelmes civilizáció otthona! És még ennél is izgalmasabb a szituáció, ha mindkét holdon civilizáció fejlődik, ám különböző sebességgel! Vajon mit gondolhat a technológiai eszközöket később feltaláló nép, amikor a hosszú időközönként megjelenő égitesten egyszer csak kigyúlnak az éjszakai oldalon lévő városok fényei? És amikor a másik nép az űrkorszakba lépve meglátogatja a szomszédját?… Mennyi-mennyi izgalmas konfliktus alapulhat csak a keringési pályák ötletes megválasztásán!
***
A cikk az Extrém világok című rovat nyitó írása, amelyben izgalmas alapszituációkat és természeti jelenségeket mutatok be világépítési – és persze tudományos – szempontból.
Források:
Laughlin, G., Chambers, J. E., 2002: Extrasolar Trojans: the viability and detectability of planets in the 1: 1 resonance, The Astronomical Journal 124:592-600, The American Astronomical Society
Pintérné Rajnai, R., 2014: Rezonáns égi mechanikai rendszerek vizsgálata (PhD értekezés), ELTE, Fizika Doktori Iskola
https://www.youtube.com/watch?v=Evq7n2cCTlg&ab_channel=Artifexian
Putz Magdolna
Aztamindenit! Hu, ez nagyon érdekes volt! ÉS nagyon szemléletes is. Elindított pár gondolatot a fejemben, nagyon köszönöm!
M. M. Linda
Örülök, hogy inspiráló volt! 🙂