Was ist die maximale Anzahl von Planeten, die die Sonne umkreisen könnten?
Der Sonnensystem enthält acht Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die alle aufgrund ihrer starken Anziehungskraft um die Sonne kreisen. Aber ist dies die maximale Anzahl von Planeten, die die Sonne umkreisen können? Oder ist da Platz für mehr?
Im Vergleich zu anderen bekannten Planetensystemen enthält das Sonnensystem eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Planeten. Insgesamt gibt es 812 bekannte Planetensysteme mit drei oder mehr bestätigten Planeten und nur ein weiteres bekanntes System, Kepler-90, das so viele Planeten wie das Sonnensystem enthält Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten.
Es besteht eine gute Chance, dass viele dieser Systeme kleine innere Planeten haben, die wir nicht entdecken können, daher ist es unwahrscheinlich, dass das Sonnensystem tatsächlich das am dichtesten besiedelte Planetensystem in unserer kosmischen Nachbarschaft ist. Aber es hebt hervor, dass acht Planeten nahe der Obergrenze dessen liegen könnten, wie groß ein Planetensystem natürlich werden kann.
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Um die absolute maximale Kapazität von Planeten zu ermitteln, die die Sonne umkreisen, müssen wir uns daher in den Bereich der Theorie begeben und einige der natürlichen Faktoren ignorieren, die die Anzahl der Planeten begrenzen können. Eine der besten Möglichkeiten, dies zu tun, ist das Entwerfen, oder Technikerein brandneues Sonnensystem von Grund auf neu.
Engineering einer Solaranlage
„Wenn Sie darüber sprechen, wie viele Planeten in einem Planetensystem sein könnten, müssen Sie viele verschiedene Aspekte berücksichtigen“, sagte Sean Raymond, ein Astronom am Bordeaux Astrophysics Laboratory in Frankreich, der sich auf Planetensysteme spezialisiert hat, gegenüber WordsSideKick.com .
Die Struktur eines Planetensystems ist das Ergebnis einer Reihe komplexer Faktoren, sagte Raymond, darunter die Größe des Sterns, die Größe der Planeten, die Art der Planeten (z. B. Gesteinsplaneten oder Gasriesen) und die Anzahl der Planeten Monde umkreisen jeden Planeten, der Standort groß Asteroiden und Kometen (wie die im Asteroidengürtel zwischen Jupiter und Mars und im Kuipergürtel jenseits von Neptun), die Richtung der Umlaufbahnen der Planeten und die Menge an Material, das bei der Entstehung der Sonne übrig geblieben ist, um die Planeten zu erschaffen. Es dauert auch Hunderte von Millionen Jahren intensiver Kollisionen und Gravitations-Tauziehen zwischen Planeten, bis sich ein System in einer stabilen Konfiguration niedergelassen hat.
Wenn wir jedoch eine hochentwickelte Zivilisation mit Technologien und Ressourcen wären, die unsere derzeitigen Fähigkeiten bei weitem übersteigen, könnte es möglich sein, viele dieser Einschränkungen zu umgehen und ein Sonnensystem mit der maximalen Anzahl von Planeten zu entwerfen, sagte Raymond.
In diesem theoretisch konstruierten Sonnensystem könnten wir davon ausgehen, dass es keine Grenzen für die Materialien gibt, die zur Verfügung stehen, um Planeten zu erschaffen, und dass sie künstlich hergestellt und nach Belieben positioniert werden können. Es wäre auch möglich, Monde, Asteroiden, Kometen und andere Hindernisse zu entfernen, die die Dinge erschweren könnten. Die einzigen Einschränkungen wären, dass die Schwere dass die Planeten und die Sonne die gleichen Kräfte ausüben wie normalerweise und dass die Planeten die Sonne in einer stabilen Konfiguration umkreisen müssten, ohne sich gegenseitig zu stören.
Ein Planet ist definiert als ein Himmelskörper, der (a) sich in einer Umlaufbahn um die Sonne befindet, (b) eine ausreichende Masse hat, um ein hydrostatisches Gleichgewicht zu erreichen (wodurch er eine runde Form hat) und (c) die Umgebung um seine Umlaufbahn von Trümmern befreit hat Letzteres ist der Grund, warum Pluto laut dem nicht als echter Planet angesehen wird Internationale Astronomische Union.
Die Größe ist wichtig
In einem künstlichen Sonnensystem ist die maximale Anzahl von Planeten durch die Anzahl von Planetenumläufen begrenzt, die Sie um die Sonne herum platzieren können, bevor sie anfangen, instabil zu werden.
„Wenn ein Planetensystem instabil wird, beginnen sich die Umlaufbahnen von Planeten zu kreuzen, was bedeutet, dass sie miteinander kollidieren oder einfach durch die Gravitation zerstreut werden können“, sagte Raymond, wo Planeten um andere Planeten herumschleudern und aus dem System katapultiert werden.
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Der minimale Sicherheitsabstand zwischen den Umlaufbahnen verschiedener Planeten in einem stabilen System hängt von der Größe jedes Planeten oder genauer gesagt von seinem Hügelradius ab. Der Hügelradius eines Planeten ist der Abstand zwischen dem Planeten und dem Rand seines Einflussbereichs, innerhalb dessen Objekte mit geringerer Masse von seiner Schwerkraft beeinflusst werden, wie z Mond die Erde umkreisen.
Massivere Planeten üben eine stärkere Gravitationskraft aus, was bedeutet, dass sie einen größeren Hügelradius haben. Deshalb ist der Abstand zwischen den Umlaufbahnen von Erde und Mars mit etwa 48,65 Millionen Meilen (78,3 Millionen Kilometer) etwa siebenmal kleiner als der Abstand zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, der etwa 342,19 Millionen Meilen (550,7 Millionen Kilometer) beträgt km), gem NASA.
Aus diesem Grund hängt die Anzahl der Umlaufbahnen, die in das Sonnensystem passen könnten, hauptsächlich von der Größe der Planeten ab, sagte Raymond. Zum Beispiel ist Jupiter etwa 300-mal massereicher als die Erde, was bedeutet, dass sein Hügelradius etwa 10-mal größer ist, sagte Raymond. Das bedeutet, dass 10 separate Erdumlaufbahnen in denselben Raum passen könnten, der von Jupiters aktueller Umlaufbahn eingenommen wird.
Um die Anzahl der Planeten in einem System zu maximieren, müssen Sie daher die Planeten so klein wie möglich machen.
Gegensätzliche Richtungen
Die Größe der Planeten ist der Schlüssel zur Maximierung der Anzahl von Umlaufbahnen, die in ein technisches System passen könnten. Es gibt jedoch einen anderen cleveren Trick, den wir nutzen könnten, um unabhängig von der Größe des Planeten ein paar zusätzliche Umlaufbahnen hinzuzufügen: Ändern Sie die Richtung, in der sie sich um die Sonne bewegen.
Im heutigen Sonnensystem kreisen alle Planeten in derselben Richtung um die Sonne. Dies liegt daran, dass die Planeten aus einer großen Staubwolke entstanden sind, die sich in derselben Richtung um die Sonne dreht. In unserem künstlichen Sonnensystem wäre es jedoch möglich, Planeten zu haben, die die Sonne in der entgegengesetzten Richtung umkreisen, die als rückläufige Umlaufbahnen bekannt sind, sagte Raymond. Diese Idee ist jedoch etwas phantasievoll; Rückläufige Umlaufbahnen existieren wahrscheinlich nicht in der Natur aufgrund der Natur der Planetenbildung.
Wenn jedoch zwei Planeten die Sonne in entgegengesetzter Richtung umkreisen würden, würden die Gravitationskräfte zwischen ihnen leicht abgeschwächt und der Mindestsicherheitsabstand zwischen ihren Umlaufbahnen könnte verringert werden.
„Wenn zwei Planeten in unterschiedlichen Umlaufbahnen in die gleiche Richtung fliegen, haben sie eine längere Zeit, um sich beim Passieren zu begegnen, was einen größeren Gravitationsstoß erzeugt“, sagte Raymond. „Wenn sie jedoch in die entgegengesetzte Richtung gehen, zoomen sie aneinander vorbei und interagieren für eine kürzere Zeit“, was bedeutet, dass sie näher beieinander sein können, ohne zu kollidieren oder zu zerstreuen.
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Wenn wir also jede zweite Umlaufbahn in unserem technischen System zu einer rückläufigen Umlaufbahn machen würden, wie ein Karussell, in dem sich benachbarte Menschen in entgegengesetzte Richtungen bewegen, könnten wir den Platzbedarf zwischen den einzelnen Umlaufbahnen minimieren und dadurch zusätzliche Planeten einquetschen.
Umlaufbahnen teilen
Bis zu diesem Zeitpunkt sind wir davon ausgegangen, dass jede Umlaufbahn in unserem künstlichen Sonnensystem nur einen Planeten enthält. Es ist jedoch tatsächlich möglich, mehrere Planeten zu haben, die sich eine Umlaufbahn teilen, sagte Raymond. Und wir können ein Beispiel dafür in unserem gegenwärtigen Sonnensystem sehen.
Jupiter hat zwei Asteroidenhaufen, bekannt als die Griechen und die Trojaner, die sich seine Umlaufbahn teilen. Diese Cluster befinden sich etwa 60 Grad vor und hinter dem Gasriesen, während er die Sonne umkreist, sagte Raymond. Astronomen halten es jedoch für möglich, dass sich Planeten Umlaufbahnen auf ähnliche Weise teilen. Sie haben diese theoretischen Welten Trojanische Planeten genannt.
„Die Menschen suchen aktiv nach Beispielen dieser trojanischen Planeten unter den Exoplanetensystemen, weil erwartet wird, dass sie sich auf natürliche Weise bilden“, sagte Raymond. Es seien jedoch noch keine beobachtet worden, fügte er hinzu.
Wenn wir die Anzahl der Planeten in unserem konstruierten Sonnensystem maximieren wollen, werden wir so viele dieser trojanischen Planeten wie möglich haben wollen. Genau wie bei der Anzahl der Umlaufbahnen, die Sie um die Sonne bringen können, muss die Anzahl der Planeten, die Sie in eine Umlaufbahn bringen können, weit genug voneinander entfernt sein, um stabil zu bleiben.
In einer Studie, die 2010 in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Himmelsmechanik und dynamische Astronomie, benutzten zwei Astronomen Hill-Radien, um herauszufinden, wie viele Planeten sich eine Umlaufbahn teilen könnten. Sie fanden heraus, dass es möglich wäre, bis zu 42 erdgroße Planeten auf einer einzigen Umlaufbahn zu haben. Darüber hinaus, genau wie bei der Anzahl der Umlaufbahnen in einem System, je kleiner die Planeten sind, desto mehr passen in dieselbe Umlaufbahn, sagte Raymond.
Natürlich sind die Chancen, dass sich so viele Planeten auf natürliche Weise eine einzige Umlaufbahn teilen, praktisch null, da jeder Planet genau die gleiche Größe haben und sich zur gleichen Zeit gebildet haben müsste, um stabil zu sein, sagte Raymond. Aber in einem künstlichen Sonnensystem wäre diese Ebene der koorbitalen Struktur möglich und würde die Anzahl der Planeten, die wir hineinquetschen könnten, erheblich erhöhen.
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Theoretisches Maximum
Jetzt, da wir die wichtigsten Variablen verstehen, die wir brauchen, um ein planetenreiches Sonnensystem zu konstruieren, ist es endlich an der Zeit, die Zahlen zu knacken und zu sehen, wie viele Planeten wir darin unterbringen können.
Glücklicherweise hat Raymond dies bereits für uns getan, indem er Computersimulationen verwendet hat, die er erstellt hat; sie können in seinem Blog ausführlicher eingesehen werden, PlanetPlanet. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Berechnungen zwar auf Theorien basieren, die Astronomen verwenden, um legitime Simulationen zu erstellen, diese Modelle jedoch nicht von Experten begutachtet sind und mit einer Prise spielerischer Skepsis betrachtet werden sollten.
Um die Anzahl der Planeten zu maximieren, erstreckt sich Raymonds technisches System auf 1.000 astronomische Einheiten (AE) von der Sonne. (Ein AE ist die durchschnittliche Entfernung von der Sonne zur Erdumlaufbahn, die etwa 93 Millionen Meilen oder 150 Millionen km beträgt.) Derzeit ist der definierte Rand des Sonnensystems, auch Heliosphäre genannt, etwa 100 AE von der Sonne entfernt , laut der Europäische Weltraumorganisation, aber der Gravitationseinfluss der Sonne kann viel weiter reichen. Darüber hinaus verwendet Raymonds Modell gleich große Planeten mit abwechselnden retrograden Umlaufbahnen.
Wenn Sie all dies berücksichtigen, könnten Sie, wenn Sie erdgroße Planeten verwenden, in 57 Umlaufbahnen passen, von denen jede 42 Planeten enthält, was insgesamt 2.394 Planeten ergibt. Wenn Sie jedoch kleinere Planeten verwenden, die ein Zehntel der Größe der Erde haben (ungefähr die gleiche Masse wie der Mars), könnten Sie in 121 Umlaufbahnen mit jeweils 89 Planeten passen, was insgesamt 10.769 Planeten ergibt. Und wenn die Planeten ungefähr die Größe des Mondes hätten (ein Hundertstel der Masse der Erde), könnten Sie 341 Umlaufbahnen haben, die jeweils 193 Planeten enthalten, was eine Gesamtzahl von 65.813 Planeten ergibt.
Offensichtlich sind diese Zahlen extrem, und die Fähigkeit, solch komplizierte Systeme zu konstruieren, liegt weit außerhalb der Reichweite der Menschheit. Aber dieses lustige Gedankenexperiment hebt hervor, dass es im Sonnensystem viel mehr Platz für Planeten gibt als die mageren acht, die wir heute sehen. Es ist jedoch sehr unwahrscheinlich, dass sich auf natürliche Weise weitere gebildet haben könnten.
Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.