Czyszczenie okolicy - Clearing the neighbourhood

„ Oczyszczanie sąsiedztwa ” wokół orbity ciała niebieskiego opisuje, że ciało staje się grawitacyjnie dominujące, tak że nie ma innych ciał o porównywalnej wielkości, poza jego naturalnymi satelitami lub innymi pod jego wpływem grawitacyjnym.

„Usuwanie sąsiedztwa” jest jednym z trzech niezbędnych kryteriów ciało niebieskie powinna być traktowana jako planeta w Układzie Słonecznym , zgodnie z definicją przyjętą w 2006 roku przez Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU). W 2015 roku pojawiła się propozycja rozszerzenia definicji na egzoplanety .

W końcowych stadiach formowania się planet , tak zdefiniowana planeta , „oczyści okolice” swojej własnej strefy orbitalnej, czyli usunie inne ciała o porównywalnej wielkości. Duże ciało, które spełnia inne kryteria dla planety, ale nie oczyściło swojego sąsiedztwa, jest klasyfikowane jako planeta karłowata . Obejmuje to Plutona , którego orbita przecina się z orbitą Neptuna i dzieli swoje sąsiedztwo orbitalne z wieloma obiektami pasa Kuipera . Definicja IAU nie dołącza do tego terminu konkretnych liczb ani równań, ale wszystkie planety uznane przez IAU oczyściły swoje sąsiedztwo w znacznie większym stopniu (o rzędy wielkości ) niż jakakolwiek planeta karłowata lub kandydatka na planetę karłowatą.

Fraza wywodzi się z artykułu przedstawionego na Zgromadzeniu Ogólnym IAU w 2000 roku przez planetologów Alana Sterna i Harolda F. Levisona . Autorzy użyli kilku podobnych wyrażeń, gdy opracowali teoretyczne podstawy do określenia, czy obiekt krążący wokół gwiazdy prawdopodobnie „oczyści sąsiedni region” z planetozymali na podstawie masy obiektu i jego okresu orbitalnego . Steven Soter woli używać terminu „dynamiczna dominacja”, a Jean-Luc Margot zauważa, że ​​taki język „wydaje się mniej podatny na błędne interpretacje”.

Przed 2006 r. IAU nie miała żadnych szczegółowych zasad nazywania planet, ponieważ od dziesięcioleci nie odkryto żadnych nowych planet, podczas gdy istniały dobrze ugruntowane zasady nazywania wielu nowo odkrytych małych ciał, takich jak asteroidy czy komety. Proces nazewnictwa Eris utknął w martwym punkcie po ogłoszeniu jego odkrycia w 2005 roku, ponieważ jego wielkość była porównywalna do Plutona. IAU starała się rozwiązać problem nazewnictwa Eris, szukając definicji taksonomicznej, aby odróżnić planety od mniejszych planet .

Kryteria

Wyrażenie odnosi się do ciała krążącego na orbicie (planety lub protoplanety ) „wymiatającego” swój region orbitalny w czasie, poprzez oddziaływanie grawitacyjne z mniejszymi ciałami znajdującymi się w pobliżu. W ciągu wielu cykli orbitalnych, duże ciało będzie miało tendencję do powodowania akrecji z małymi ciałami, albo do przemieszczania się na inną orbitę, albo do przechwycenia jako satelita lub na orbitę rezonansową . W konsekwencji nie dzieli swojego obszaru orbitalnego z innymi ciałami o znacznych rozmiarach, z wyjątkiem własnych satelitów lub innych ciał rządzonych własnym wpływem grawitacyjnym. To ostatnie ograniczenie wyklucza obiekty, których orbity mogą się przecinać, ale które nigdy nie zderzą się ze sobą z powodu rezonansu orbitalnego , takie jak Jowisz i jego trojany , Ziemia i 3753 Cruithne czy Neptun i plutyny . Jeśli chodzi o zakres wymaganego oczyszczenia orbity, Jean-Luc Margot podkreśla, że ​​„planeta nigdy nie może całkowicie oczyścić swojej strefy orbitalnej, ponieważ siły grawitacyjne i radiacyjne nieustannie zaburzają orbity asteroid i komet na orbitach przecinających planety” i stwierdza, że ​​IAU nie zamierzać niemożliwego standardu nienagannego czyszczenia orbity.

Stern-Levison za Λ

W swoim artykule Stern i Levison szukali algorytmu do określenia, które „ciała planetarne kontrolują otaczający je region”. Zdefiniowali Λ ( lambda ), miarę zdolności ciała do rozpraszania mniejszych mas poza obszar orbitalny w okresie równym wiekowi Wszechświata ( czas Hubble'a ). Λ to liczba bezwymiarowa zdefiniowana jako

${\ Displaystyle \ Lambda = {\ Frac {m ^ {2}} {a ^ {\ Frac {3} {2}}}} \ k}$

gdzie m jest masą ciała, a jest wielką półosią ciała, a k jest funkcją elementów orbitalnych rozproszonego ciała małego i stopnia, w jakim musi być rozproszone. W dziedzinie słonecznego dysku planetarnego istnieje niewielka zmienność średnich wartości k dla małych ciał w określonej odległości od Słońca.

Jeśli Λ > 1, wtedy ciało prawdopodobnie usunie małe ciała w swojej strefie orbitalnej. Stern i Levison użyli tego wyróżnika, aby podzielić grawitacyjnie zaokrąglone , krążące wokół Słońca ciała na überplanety , które są „wystarczająco ważne dynamicznie, by oczyścić sąsiednie planetozymale” i pozaplanety . überplanety to osiem najbardziej masywnych orbiterów słonecznych (tj. planety IAU), a pozaplanety to reszta (tj. planety karłowate IAU).

µ . Sotera

Steven Soter zaproponował opartą na obserwacjach miarę µ ( mu ), którą nazwał „ wyróżniaczem planetarnym ”, aby oddzielić ciała krążące wokół gwiazd na planety i nieplanety. Definiuje mu jako

${\ Displaystyle \ mu = {\ Frac {M} {m}}}$

gdzie µ jest parametrem bezwymiarowym, M jest masą planety kandydującej, a m jest masą wszystkich innych ciał, które dzielą strefę orbitalną , to znaczy wszystkich ciał, których orbity przecinają wspólną odległość promieniową od planety głównej i których nie- okresy rezonansowe różnią się o mniej niż rząd wielkości.

Wymagane podobieństwo rzędu wielkości w okresie wyklucza komety z obliczeń, ale łączna masa komet okazuje się znikoma w porównaniu z innymi małymi ciałami Układu Słonecznego, więc ich uwzględnienie miałoby niewielki wpływ na wyniki. µ jest następnie obliczane poprzez podzielenie masy ciała kandydata przez całkowitą masę innych obiektów, które dzielą jego strefę orbitalną. Jest miarą rzeczywistego stopnia czystości strefy orbitalnej. Soter zaproponował, że jeśli µ > 100, wówczas ciało kandydujące należy uznać za planetę.

Margot

Astronom Jean-Luc Margot zaproponował wyróżnik Π ( pi ), który może kategoryzować ciało na podstawie jego własnej masy, półosi wielkiej i masy gwiazdy. Podobnie jak Λ Sterna-Levisona, Π jest miarą zdolności ciała do oczyszczenia swojej orbity, ale w przeciwieństwie do Λ, opiera się wyłącznie na teorii i nie wykorzystuje danych empirycznych z Układu Słonecznego. Π opiera się na właściwościach, które można określić nawet dla ciał egzoplanetarnych, w przeciwieństwie do µ Sotera, który wymaga dokładnego spisu strefy orbitalnej.

${\ Displaystyle \ Pi = {\ Frac {m} {M ^ {\ Frac {5} {2}} a ^ {\ Frac {9} {8}}}} \ k}$

gdzie m jest masą ciała kandydata w masach Ziemi , a jest jego wielką półoś w AU , M jest masą gwiazdy macierzystej w masach Słońca , a k jest stałą wybraną tak, że Π > 1 dla ciała, które może wyczyścić swoją strefę orbitalną. k zależy od zakresu pożądanego rozliczenia i wymaganego do tego czasu. Margot wybrała zakres razy promień Hilla i limit czasu życia gwiazdy macierzystej w ciągu głównym (który jest funkcją masy gwiazdy). Wtedy we wspomnianych jednostkach i czasie życia ciągu głównego 10 miliardów lat k = 807. Ciało jest planetą, jeśli Π > 1. Minimalna masa niezbędna do oczyszczenia danej orbity jest podana, gdy Π = 1. ${\displaystyle 2{\sqrt {3}}}$

Π opiera się na obliczeniu liczby orbit wymaganych przez kandydata do nadania wystarczającej ilości energii małemu ciału na pobliskiej orbicie, tak aby mniejsze ciało zostało usunięte z pożądanego zakresu orbitalnego. Jest to odmienne od Λ, które wykorzystuje średnie czasy rozchodzenia się wymagane dla próbki asteroid w pasie asteroid , a zatem jest przesunięte w stosunku do tego regionu Układu Słonecznego. Użycie przez Π czasu życia ciągu głównego oznacza, że ​​ciało w końcu oczyści orbitę wokół gwiazdy; Użycie czasu Hubble'a przez Λ oznacza, że ​​gwiazda może zakłócić swój układ planetarny (np. przechodząc w nową), zanim obiekt będzie w stanie faktycznie oczyścić swoją orbitę.

Wzór na Π zakłada orbitę kołową. Jego adaptacja do orbit eliptycznych jest pozostawiona do przyszłych prac, ale Margot spodziewa się, że będzie taka sama jak orbita kołowa z dokładnością do rzędu wielkości.

Wartości liczbowe

Poniżej znajduje się lista planet i planet karłowatych uszeregowanych według dyskryminatora planet Π Margot, w porządku malejącym. Dla wszystkich ośmiu planet zdefiniowanych przez IAU jest rzędem wielkości większym niż 1, podczas gdy dla wszystkich planet karłowatych Π jest rzędem wielkości mniejszym niż 1. Wymieniono również Sterna-Levisona i µ Sotera; ponownie, planety mają rzędy wielkości większe niż 1 dla Λ i 100 dla µ, a planety karłowate mają rzędy wielkości mniejsze niż 1 dla Λ i 100 dla µ. Pokazano również odległości, gdzie Π = 1 i Λ = 1 (gdzie ciało zmieniłoby się z planety w planetę karłowatą).

Niezgoda

Orbity ciał niebieskich w pasie Kuipera z przybliżonymi odległościami i nachyleniem. Obiekty zaznaczone na czerwono znajdują się w rezonansach orbitalnych z Neptunem, z Plutonem (największy czerwony okrąg) znajdującym się w „szpicu” plutynów przy rezonansie 2:3

Stern The główny badacz z New Horizons misji do Plutona, nie zgodził się z przeklasyfikowania Plutona na podstawie jego niezdolność do oczyszczenia otoczenie. Twierdził, że sformułowania IAU są niejasne i że – podobnie jak Pluton – Ziemia , Mars , Jowisz i Neptun również nie oczyściły swoich orbit. Ziemia współorbituje z 10 000 asteroid znajdujących się w pobliżu Ziemi (NEA), a Jowisz ma 100 000 trojanów na swojej ścieżce orbitalnej. „Gdyby Neptun oczyścił swoją strefę, nie byłoby tam Plutona”, powiedział.

Kategoria „planet” IAU jest niemal identyczna z proponowaną przez Sterna kategorią „überplanet”. W artykule proponuje Stern i Levison za X wyróżnik, stwierdził, że „możemy zdefiniować überplanet jako organu planetarnej na orbicie wokół gwiazdy, która jest dynamicznie ważne wystarczy usunięciu sąsiadujących planetozymali ...” i kilka akapitów później „From z dynamicznego punktu widzenia nasz Układ Słoneczny wyraźnie zawiera 8 überplanet” – w tym Ziemię, Marsa, Jowisza i Neptuna. Chociaż Stern zaproponował to w celu zdefiniowania dynamicznych podkategorii planet, odrzucił to w celu zdefiniowania, czym jest planeta, opowiadając się za używaniem wewnętrznych atrybutów zamiast dynamicznych relacji.

Zobacz też

• Lista obiektów Układu Słonecznego
• Lista grawitacyjnie zaokrąglonych obiektów Układu Słonecznego
• Lista obiektów Układu Słonecznego według rozmiaru
• Lista znanych asteroid
• Mezoplaneta

Uwagi

Bibliografia