A trajetória nominal do asteróide interestelar 1I / Oumuamua (também conhecido como A / 2017 U1). O cálculo é baseado em observações a partir de 19 de outubro de 2017. Observe como as órbitas dos planetas (girando rapidamente e em círculo), os objetos do cinturão de Kuiper (elíptico, quase coplanar) e a órbita desse asteróide interestelar são diferentes.A resposta correta para a questão de como os planetas se movem em órbitas em nosso sistema solar já foi dada várias centenas de anos atrás: primeiro por Kepler, cujas leis do movimento os descreviam, e depois por Newton, cujas leis da gravitação universal tornaram possível deduzir o primeiro. Mas os cometas, ambos originários do sistema solar e voando de longe, não se movem ao longo das mesmas elipses quase circulares. Por que isso está acontecendo? Nosso leitor quer saber:
Por que os cometas se movem ao redor do Sol por caminhos parabólicos, ao contrário dos planetas que se deslocam em órbitas elípticas? De onde vem o cometa para uma distância tão grande, da nuvem de Oort ao Sol e de volta? E como os cometas e asteróides interestelares saem de seus sistemas planetários e visitam outros?
Essa pergunta pode ser respondida, mas há uma pergunta mais geral: por que os objetos se movem em órbita dessa maneira?
Os planetas do sistema solar, juntamente com asteróides do cinturão de asteróides, movem-se quase no mesmo plano, em órbitas elípticas próximas às circulares. Mas fora da órbita de Netuno, tudo está se tornando menos confiável.Existem quatro mundos rochosos internos em nosso sistema solar, seguidos por um cinturão de asteróides, gigantes gasosos com um monte de luas e anéis e depois
um cinturão de Kuiper . Atrás do cinturão de Kuiper, há um enorme disco disperso, após o qual existe uma
nuvem esférica de
Oort que se estende por uma distância enorme: talvez um ou dois anos-luz, quase metade da distância da estrela mais próxima.
O diagrama logarítmico do sistema solar, até as estrelas mais próximas, mostra a propagação do cinturão de Kuiper com asteróides e a nuvem de Oort.De acordo com as leis da gravidade, para estar em uma órbita estável de um certo tamanho, um objeto precisa se mover a uma certa velocidade. Deve haver um equilíbrio entre a energia potencial do sistema (na forma de energia potencial gravitacional) e a energia do movimento (cinética). Quanto mais fundo você estiver no poço gravitacional potencial do Sol (ou seja, quanto mais próximo estiver dele), menos energia você terá e mais rápido precisará se mover para manter uma órbita estável.
Os oito planetas do sistema solar e do sol, em uma escala de tamanhos, mas não em uma escala de diâmetros orbitais. De todos os planetas visíveis a olho nu, a coisa mais difícil de ver é Mercúrio.Portanto, a velocidade média dos planetas se parece com isso:
- Mercúrio: 48 km / s
- Vênus: 35 km / s
- Terra: 30 km / s,
- Marte: 24 km / s
- Júpiter: 13 km / s,
- Saturno: 9,7 km / s,
- Urano: 6,8 km / s,
- Netuno: 5,4 km / s.
Graças ao ambiente em que o sistema solar foi formado - muitas pequenas massas se fundindo, interagindo umas com as outras, produzindo muitas ejeções de massa - a situação atual é bem próxima da circular.
As órbitas dos planetas do sistema solar interno não são inteiramente circulares, mas próximas o suficiente disso. A maioria se desvia do ideal de Mercúrio e Marte. Além disso, quanto mais próximo o planeta está do Sol, mais rápido ele precisa se mover.Mas é necessário levar em consideração a interação gravitacional que ocorre mais tarde! Se um objeto de cinturão de asteróide ou Kuiper passa perto de uma grande massa como Júpiter ou Netuno, a interação gravitacional pode dar um bom chute. Isso mudará significativamente sua velocidade, adicionando alguns km / s em quase qualquer direção. E no caso de um asteróide, isso pode significar uma mudança na órbita de quase circular para muito elíptica; Um bom exemplo disso é o caminho do
cometa Enke , que poderia ter vindo do cinturão de asteróides.
A trilha do cometa Enke, que completa uma revolução completa em 3,3 anos, é um movimento extremamente rápido distribuído por uma elipse excêntrica. Enke se tornou o segundo cometa periódico encontrado após o cometa de Halley.Por outro lado, se você estiver muito longe, por exemplo, no cinturão de Kuiper ou na nuvem de Oort, somos capazes de passar a velocidades de 4 km / s (parte interna do cinturão de Kuiper) a várias centenas de metros por segundo (para a nuvem de Oort). A interação gravitacional com um planeta grande como Netuno pode mudar sua órbita de uma de duas maneiras. Se Netuno retira energia de você, você é jogado no sistema solar interno, e uma elipse com um longo período aparece, semelhante ao caminho
de Swift-Tuttle , aquele que criou a chuva de meteoros Perseidas. Pode ser uma elipse mal conectada gravitacionalmente com o Sol, mas ainda uma elipse.
A órbita do cometa Swift-Tuttle, passando perigosamente perto do caminho da Terra ao redor do Sol, é extremamente elíptica em comparação com qualquer órbita planetária. Supõe-se que há muito tempo sua órbita foi afetada pela interação gravitacional com Netuno ou outro objeto maciço, e o resultado é o que temos hoje.Mas se Netuno ou qualquer outro corpo (ainda não sabemos o que está à beira do sistema solar) fornece energia cinética adicional, isso pode mudar sua órbita de elíptica gravitacionalmente ligada para hiperbólica não ligada. (Uma órbita parabólica é uma órbita sem corda localizada na fronteira entre elíptica e hiperbólica). Se alguém se lembra do
cometa ISON se aproximando do Sol a partir de 2013, que se desintegrou ao se aproximar da estrela, estava em órbita hiperbólica. Normalmente, os cometas que vêm das extremidades do sistema solar não têm alguns quilômetros por segundo até a fronteira entre as órbitas conectadas e as não acopladas.
O cometa ISON, entrando no sistema solar, adquiriu caudas direcionadas para longe do sol. Ela "tocou" o Sol, tendo viajado a uma distância de apenas 2 milhões de km e, mais tarde, devido a essa proximidade, ele se rompeu.O fato mais estranho que parece contra-intuitivo para a maioria das pessoas é que os cometas não precisam de muita energia para invadir a parte interna do sistema solar! Se você pegar um objeto que está a um ano-luz do Sol e simplesmente deixá-lo ir, então por um tempo bastante longo, ele simplesmente cairá no Sol. Uma mudança muito pequena no vetor de velocidade de massas distantes que se deslocam em órbita ao redor do sistema solar pode aproximá-las. Tais solavancos gravitacionais ocorrem por acaso, mas vemos apenas aqueles objetos que começaram a se mover mais rápido, se aproximaram do Sol, desenvolveram "caudas" e ficaram brilhantes o suficiente para serem visíveis. Então, cometas acontecem.
O Cinturão de Kuiper é a localização de um grande número de objetos conhecidos do Sistema Solar, mas na nuvem de Oort, que é mais escura e localizada muito mais longe, há muito mais objetos, e é mais provável que seja derrubado de uma órbita normal por uma massa que passa por, por exemplo, outra estrela. A velocidade dos objetos do cinturão de Kuiper e da nuvem de Oort em relação ao Sol é muito pequena.A maioria deles está pouco conectada ou pouco conectada gravitacionalmente, e é por isso que o A / 2017 U1 se tornou uma descoberta tão surpreendente. Ao contrário de cometas e asteróides comuns, ele era muito gravitacionalmente desconectado. E se os objetos das bordas do sistema solar se moverem a velocidades não superiores a alguns km / s, esse objeto se moverá a uma velocidade superior a 40 km / s. Ele não deve ter chegado do Sistema Solar, já que nem Netuno teria massa suficiente para acelerá-lo!
O U1 A / 2017 provavelmente vem do espaço interestelar. Mais próximo do Sol, ele se aproximou do dia 9 de setembro. Movendo-se a uma velocidade de 44 km / s, o cometa é direcionado para longe da Terra e do Sol, fora do sistema solar.O que faz um cometa, um asteróide, outro objeto fora do sistema solar entrar em uma órbita semelhante? Apenas gravidade, e todas as interações gravitacionais que ocorreram durante sua existência. Os objetos do sistema solar se movem em órbitas elípticas ao redor do sol. Mas as interações gravitacionais podem mudar isso, alterando a forma da elipse ou transformando-a em uma hipérbole gravitacional não relacionada. De qualquer forma, veremos esse objeto, se ele fosse lançado perto do Sol, é a única maneira de descobrirmos a existência de todos os cometas que descobrimos.
As caudas dos cometas não repetem exatamente a trajetória do movimento, mas são enviadas por um caminho reto ou curvo, direcionado a partir do Sol, dependendo do que é expelido dos objetos - íons ou partículas de poeira. De qualquer forma, os cometas - suas caudas, vírgulas , que refletem a luz - são visíveis para nós somente quando estão perto o suficiente do Sol.Os cometas e asteróides lançados para fora do sistema solar voam através do espaço interestelar, e algum dia eles passarão por outras estrelas. Como a velocidade relativa das estrelas na galáxia é de cerca de 10 a 30 km / s, essas pedras interestelares se moverão exatamente assim, o que explica por que o asteróide interestelar que descobrimos se moveu tão rápido. Tudo explica a combinação da órbita inicial, interações gravitacionais e o movimento do nosso sistema solar através da galáxia. Tomando energia de um objeto do cinturão de asteróides, do cinturão de Kuiper ou da nuvem de Oort, você cria uma elipse mais apegada ao sol. Quando você dá uma aceleração de energia a um objeto, ela pode ser descartada.
Agora acreditamos que entendemos como o Sol e o Sistema Solar se formaram, e essa visão é uma ilustração dos estágios iniciais da formação. Hoje, temos apenas os objetos que sobreviveram nesse processo.Que conclusão pode ser tirada disso? Com o tempo, menos objetos permanecem em nosso sistema solar, e o número de objetos no cinturão de asteróides, no cinturão de Kuiper e na nuvem de Oort diminui o tempo todo. Com o tempo, essas formações se tornam cada vez mais rarefeitas. Quem sabe quantos objetos havia uma vez? É impossível contá-los. No sistema solar, apenas sobreviventes permanecem disponíveis para nós.