Итак, действие моей истории происходит в системе TRAPPIST-1, и в систему входит планета-изгой. Когда до него еще далеко, ученый обнаруживает, что одно из чисел немного отличается. (У нее есть несколько таблиц, которые предсказывают, где будут находиться планеты, поскольку вся система представляет собой периодическое решение проблемы n тел.) Я полагал, что последствия этого будут гораздо более экстремальными в такой маленькой системе, поскольку все планетарные тела расположены так близко друг к другу, а не в нашей Солнечной системе, где планета могла бы просто пройти, не причинив особого вреда. Так что же произойдет, если он просто чуть-чуть выйдет из равновесия?
Дело о планетных системах - и многих -организм систем вообще - это то, что они принципиально хаотичны . То есть небольшие изменения со временем нарастают, в конечном итоге приводя к сильно расходящимся результатам. Одним из способов количественной оценки этого является показатель Ляпунова . и время Ляпунова , , что дает нам представление о том, как быстро растут небольшие изменения. Для Солнечной системы, миллионов лет ( Laskar 1989 ), что мало в планетарных временных масштабах, поэтому небольшие возмущения становятся значительными во временных масштабах в несколько миллионов лет. Это делает изучение и даже проверку стабильности Солнечной системы сложной областью исследований.
Система TRAPPIST-1 плотная, все семь планет находятся в пределах 0,06 а.е. от своей родительской звезды ( Гиллон и др., 2017 ). Как такая договоренность может оставаться стабильной так долго? Ответ — резонансы , где периоды обращения планет связаны отношением (в данном случае небольших) целых чисел. Семь планет входят в почти резонанс друг с другом, что обеспечивает стабильность, вызванную миграцией через протопланетный диск ( Тамайо и др., 2017 ). Теперь, когда было обнаружено, что широкий диапазон начальных условий во время образования планет приводит к резонансам в системе, отклонение от этих резонансов может легко привести к нестабильности. Как Gillon et al. писал о своих симуляциях,
Мы исследовали долгосрочную эволюцию системы TRAPPIST-1 с использованием двух пакетов интеграции с N-телами: Mercury и WHFAST. Мы начали с орбитального решения, представленного в таблице 1, и интегрировали за 0,5 млн лет. Это соответствует примерно 100 миллионам оборотов планеты b. Мы повторили эту процедуру, отобрав ряд решений в пределах 1- доверительные интервалы. Большинство интеграций приводили к нарушению работы системы в течение 0,5 млн лет.
Затем мы решили использовать статистический метод, определяющий вероятность того, что система будет стабильной в течение заданного периода времени, исходя из взаимного расстояния между планетами. Используя массы и большие полуоси из таблицы 1, мы вычислили расстояния между всеми соседними парами планет в единицах их общих сфер Хилла. Мы нашли среднее расстояние 10,5 1.9 (исключая планету h), где погрешность представляет собой среднеквадратичное значение шести взаимных расстояний. Мы подсчитали, что TRAPPIST-1 имеет 25%-ную вероятность нестабильности в течение 1 млн лет и 8,1% шансов выжить в течение 1 млрд лет в соответствии с нашей интеграцией N-тел.
Наблюдения показали, что устройство системы не может существенно измениться без резкого увеличения вероятности катастрофической нестабильности. Я довольно пессимистично оцениваю шансы системы на выживание в случае самых близких столкновений, хотя здесь можно провести черту. Например, объект массой Меркурия, проходящий через 1000 а.е. дадут больше шансов на стабильность, чем объект с массой Юпитера, проходящий на 1 АЕ.