منظومه شمسی و دیگر سامانه‌های ستاره‌ای ممکن است بتوانند میزبان تعداد بسیار بیشتری سیاره باشند که حتی در یک مدار مشترک به دور ستاره مادر می‌چرخند؛ پدیده‌ای که بر خلاف تصور رایج، با قوانین فیزیک همخوانی دارد.

تصور این‌که سیاراتی در مداری مشابه زمین و درست در نقطه مقابل خورشید قرار داشته باشند، سال‌ها در فیلم‌های علمی تخیلی مطرح شده است. این ایده، اگرچه در واقعیت برای زمین ما ثابت نشده، اما اصول بنیادین مکانیک مداری نشان می‌دهد که چندین جرم آسمانی می‌توانند به‌طور هم‌زمان یک مدار را به اشتراک بگذارند. این پدیده که به ظاهر عجیب می‌رسد، نه‌تنها در عمل امکان‌پذیر است، بلکه پایداری آن نیز اثبات شده است.

مکانیک مداری و مدارهای نعل اسبی

از زمان اسحاق نیوتنفیزیکپایه چگونگی گردش یک جرم به دور جرمی دیگر شناخته شده است. اما با اضافه شدن جرم سوم، معادلات بسیار پیچیده‌تر می‌شوند. با این حال، تحت شرایطی خاص، راه‌حل‌های پایداری برای چنین سامانه‌هایی وجود دارد که یکی از آن‌ها «مدار نعل اسبی» نام دارد. در این نوع مدار، دو سیاره که در مسیرهای بسیار مشابهی به دور ستاره می‌چرخند، به‌جای برخورد یا پرتاب شدن، به‌دلیل جاذبه متقابل، به‌طرز عجیبی مدارهای خود را عوض می‌کنند.

سیاره داخلی که سریع‌تر حرکت می‌کند، به سیاره خارجی نزدیک شده، سپس انرژی مداری بیشتری کسب کرده و به مداری بالاتر و کندتر منتقل می‌شود و در نتیجه از سیاره خارجی عقب می‌افتد. هم‌زمان، سیاره خارجی انرژی از دست داده و به مداری پایین‌تر و سریع‌تر منتقل می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود که جای دو سیاره با هم عوض شود.

این پدیده صرفا نظری نیست؛ درمنظومه شمسیما نیز مشاهده می‌شود. قمرهای زحلژانوس (Janus)واپی‌مته‌ئوس (Epimetheus)در مدارهایی با شعاع تنها ۵۰ کیلومتر اختلاف به دور این سیاره می‌چرخند و تقریبا هر چهار سال یک بار، دقیقاً این تغییر مدار را تجربه می‌کنند. این نشان می‌دهد که دو سیاره می‌توانند به‌طور پایدار در یک مدار (یا مدارهای بسیار نزدیک) با یکدیگر همزیستی داشته باشند.

شگفتی مدارهای مشترک: ظرفیت شگفت‌انگیز مدارهای سیاره‌ای

سوالی که مطرح می‌شود این است که آیا می‌توان بیش از دو سیاره را در یک مدار مشترک جای داد؟ بر اساس تحقیقات تیمی از دانشمندان بین‌المللی که در نشریهاطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی اخترشناسی (MNRAS)منتشر شده، پاسخ مثبت است. این تیم ابتدا پایداری مدارهای نعل اسبی برای دو سیاره زمین‌مانند را در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری (فاصله واقعی زمین از خورشید) برای میلیاردها سال شبیه‌سازی کردند. سپس با افزودن سیارات بیشتر به شبیه‌سازی، دریافتند که تعداد باورنکردنی۲۴ سیاره هم‌اندازه زمینمی‌توانند در یک مدار واحد به‌طور پایدار همزیستی داشته باشند! در این سناریو، هر سیاره پس از برخورد با سیاره دیگر، جای خود را عوض کرده و به مسیر خود ادامه می‌دهد تا به سیاره بعدی برسد و این فرآیند به‌طور مداوم تکرار می‌شود.

دانشمندان حتی این شبیه‌سازی را برایمنظومه شمسیخودمان نیز انجام دادند و به این نتیجه رسیدند کهمنظومه شمسیما می‌تواند میزبان چند سیاره اضافه دیگر مانند زمین، زهره، عطارد یا مریخ باشد.

کشف و ساخت سامانه‌های سیاره‌ای هم‌مدار

ایجاد چنین سامانه‌هایی به‌طور طبیعی می‌تواند از طریق حلقه‌های ضخیم غبار به دور یک ستاره یا مهاجرت سیاره‌ای در مقیاس‌های بزرگ‌تر اتفاق بیفتد. اما تشخیص این سامانه‌های سیاره‌ای از زمین نیز ممکن است. یکی از روش‌ها، استفاده از «روش گذر» است که در آن، عبور یک سیاره از مقابل ستاره‌اش باعث کاهش نور ستاره می‌شود. اگر چندین گذر سیاره‌ای به‌صورت متوالی در یک مدار مشاهده شود که انتظارش را نداریم، این می‌تواند نشانه‌ای از وجود سیارات هم‌مدار باشد. همچنین، تغییر زمان‌بندی این گذرها، به‌دلیل جابه‌جایی مداوم سیارات در مدارشان، می‌تواند دلیلی دیگر بر وجود آن‌ها باشد.

• منظومه شمسی ما ممکن است 100 برابر سریع‌تر از آنچه فکر می‌کردیم نابود شود
• ستاره‌شناسان بر این باورند که منظومه شمسی زمانی 9 سیاره داشت؛ خورشید یکی از آنها را خورد
• زمستان در سیارات دیگر چه شکلی است؟
• اگر خورشید ناگهان ناپدید شود چه اتفاقی برای زمین می‌افتد؟

نکته جالب توجه این است که نویسندگان مطالعهMNRASاین گمانه‌زنی را مطرح کرده‌اند که راه دیگری برای شکل‌گیری این سامانه‌ها، ساخت عمدی آن‌هاست. یک تمدن بیگانه با فناوری بسیار پیشرفته ممکن است ساخت چندین جهان در یک مدار را برای سفرهای بین سیاره‌ای بسیار مفید بداند. کشف چنین سامانه‌ای قطعا یکی از جذاب‌ترین راه‌ها برای یافتن حیات هوشمند فرازمینی خواهد بود.