حداکثر چند سیاره می توانند به دور خورشید بچرخند

منظومه شمسی شامل هشت سیاره است که همگی به دلیل کشش گرانشی شدید به دور خورشید می گردند. آیا این تعداد نهایت ظرفیت خورشید است یا جایی برای سیارات بیشتر وجود دارد؟ حداکثر چند سیاره می توانند به دور خورشید بچرخند؟

یکی از بهترین راه‌ها برای تعیین این موضوع که حداکثر چند سیاره می توانند به دور خورشید بچرخند، طراحی یا مهندسی یک منظومه شمسی کاملاً جدید است.

مهندسی یک منظومه شمسی

ساختار یک منظومه سیاره ای نتیجه تعدادی از عوامل پیچیده از جمله اندازه ستاره و سیارات، نوع سیارات (مانند سیارات سنگی یا غول های گازی)، تعداد قمرهای هر سیاره، محل سیارک ها و دنباله دارهای بزرگ (مانند سیارک های کمربند سیارکی بین مشتری و مریخ و در کمربند کویپر فراتر از نپتون)، جهت مدار سیارات و مقدار مواد باقی مانده از خورشید است. همچنین شکل گیری سیارات در نتیجه صدها میلیون سال برخوردهای شدید و طناب کشی های گرانشی بین سیارات است تا یک سیستم پایدار تشکیل شود.

اگر ما یک تمدن فوق پیشرفته بودیم، ممکن بود از بسیاری از این محدودیت ها عبور کرده و بتوانیم یک منظومه شمسی با حداکثر تعداد سیارات طراحی کنیم.

فرض می شود که در این منظومه نظری هیچ محدودیتی برای ایجاد سیارات وجود ندارد و می‌توان آنها را به‌طور مصنوعی تولید و به دلخواه در موقعیت قرار داد. همچنین می‌توان قمرها، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و دیگر موانعی که شرایط را پیچیده‌ می کنند، حذف کرد.

تنها محدودیت‌ موجود، گرانشی است که سیارات و خورشید اعمال می‌کنند و این همان چیزی است که معمولاً وجود دارد و سیارات باید بدون تداخل با یکدیگر در یک پیکربندی پایدار به دور خورشید بچرخند.

اندازه و وسعت سیارات

در منظومه مهندسی شده، حداکثر تعداد سیارات با مدارهای سیاره ای که می توانیم به دور خورشید قرار دهیم، قبل از شروع ناپایدار شدن آنها محدود می شود. هنگامی که یک منظومه سیاره‌ای ناپایدار می‌شود، مدار سیارات شروع به عبور از یکدیگر کرده و ممکن است با هم برخورد کنند یا از نظر گرانشی پراکنده شوند.

حداقل فاصله ایمن بین مدار سیارات مختلف در یک سیستم پایدار به اندازه هر سیاره یا به طور دقیق تر، شعاع آن بستگی دارد. شعاع سیاره فاصله بین سیاره و لبه حوزه نفوذ آن است که در آن اجسام با جرم کمتر تحت تأثیر گرانش آن قرار می گیرند، مانند ماه که به دور زمین می چرخد.

سیارات پرجرم تر نیروی گرانشی قوی تری اعمال می کنند. به همین دلیل فاصله بین مدارهای زمین و مریخ تقریباً هفت برابر کمتر از فاصله بین مریخ و مشتری است. از این رو تعداد مدارهایی که می توانند در داخل منظومه شمسی قرار بگیرند، عمدتاً به اندازه سیارات بستگی دارد. برای به حداکثر رساندن تعداد سیارات باید آنها را تا حد امکان کوچک کنیم.

جهت های مخالف

در منظومه شمسی فعلی، هر سیاره در یک جهت به دور خورشید می چرخد. با این حال، در منظومه مهندسی شده، ممکن است سیاراتی داشته باشیم که در جهت مخالف به دور خورشید بچرخند که به مدارهای رتروگراد معروف هستند.

اگر دو سیاره در جهت مخالف به دور خورشید بچرخند، نیروهای گرانشی بین آنها اندکی ضعیف می شود و حداقل فاصله ایمن بین مدار آنها کاهش می یابد. بنابراین، اگر هر مدار را در سیستم مهندسی‌مان به یک مدار رتروگراد تبدیل کنیم، می‌توانیم فضای مورد نیاز بین هر مدار را به حداقل رسانده و جا را برای سیارات اضافی باز کنیم.

مدارهای اشتراکی

تا این مرحله، ما فرض کردیم که هر مدار شامل یک سیاره است. با این حال ممکن است چندین سیاره در یک مدار مشترک داشته باشیم. نمونه ای از این مدار در منظومه شمسی فعلی وجود دارد.

مشتری دارای دو خوشه از سیارک ها به نام یونانی ها و تروجان ها است که دارای مدار مشترک هستند. اخترشناسان تصور می‌کنند که امکان دارد سیاره‌ها به روشی مشابه در مدارهای مشترک قرار بگیرند که به این دنیاهای نظری سیارات تروجان لقب داده اند.

اگر بخواهیم تعداد سیارات را در منظومه مهندسی شده به حداکثر برسانیم، باید تا حد امکان از اینگونه سیارات داشته باشیم. البته سیارات موجود در یک مدار مشترک باید به اندازه کافی فاصله داشته باشند تا ثابت بماند.

حداکثر تعداد سیارات نظری

اکنون که متغیرهای کلیدی مورد نیاز برای مهندسی یک منظومه شمسی پر از سیاره را درک کردیم، می توان گفت که حداکثر چند سیاره می توانند به دور خورشید بچرخند.

دانشمندان قبلاً این کار را با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ایجاد کرده اند. برای به حداکثر رساندن تعداد سیارات، سیستم مهندسی تا ۱۰۰۰ واحد نجومی (AU) از خورشید گسترش می یابد. (یک AU میانگین فاصله خورشید تا مدار زمین در حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر است.)

با در نظر گرفتن تمام موارد، اگر سیاراتی به اندازه زمین در ۵۷ مدار که هر یک شامل ۴۲ سیاره است قرار بگیرند، در مجموع ۲۳۹۴ سیاره خواهیم داشت.

اگر از سیارات کوچک‌تری به اندازه یک دهم زمین (تقریباً هم جرم مریخ) در ۱۲۱ مدار که هر یک شامل ۸۹ سیاره است قرار بگیرند در مجموع ۱۰۷۶۹ سیاره را به دست آید.

در نهایت اگر سیارات به اندازه ماه (یک صدم جرم زمین) در ۳۴۱ مدار که هر یک شامل ۱۹۳ سیاره است قرار بگیرند، در مجموع ۶۵۸۱۳ سیاره خواهیم داشت.