วงโคจรบนขอบเหวของพลูโต

 

     แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์อันใหม่ได้แสดงว่า พลูโตนั้นโชคดีที่อยู่ในวงโคจรเช่นนี้ ซึ่งอยู่ใกล้เคียงกับวงโคจรอันวุ่นวายที่อาจจะทำลายพิภพแห่งหัวใจแห่งนี้ได้

    อดีตดาวเคราะห์ดวงที่เก้าซึ่งปัจจุบันกลายเป็นดาวเคราะห์แคระ มีวงโคจรที่ไม่ปกติซึ่งรีมากและเอียง 17 องศาเมื่อเทียบกับวงโคจรของดาวเคราะห์อื่นๆ ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ที่นาน 248 ปีของพลูโต จะมี 20 ปีที่พลูโตขยับเข้ามาภายในวงโคจรของเนปจูน แต่พวกมันไม่เคยชนกันอันเป็นผลจากคุณสมบัติวงโคจรพลูโต 2 ประการคือ azimuthal libration และ latitude libration

      การแกว่งอะซิมุธ อธิบายว่า เมื่อใดก็ตาม ที่พลูโตข้ามวงโคจรเนปจูนเข้าไป มันจะอยู่ห่างจากเนปจูนอย่างน้อย 90 องศาเสมอ ในขณะเดียวกัน การแกว่งแนวสูง เพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อพลูโตเข้าใกล้เนปจูนหรือดาวเคราะห์ยักษ์อื่นๆ มากที่สุด มันจะอยู่สูงเหนือระนาบระบบสุริยะเสมอ เมื่อรวมกัน ปัจจัยทั้งสองเหล่านี้รักษาให้พลูโตพ้นจากความยุ่งยาก หมายเหตุ azimuthal libration เรียกอีกอย่างว่า v ZLK oscillation ซึ่งย่อมาจาก von Zeipel, Lidov และ Kozai ซึ่งศึกษาปรากฏการณ์ประหลาดนี้อันเป็นส่วนหนึ่งของ three-body problem

     ขณะนี้ Renu Malhotra นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา และ Takashi Ito จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น ได้พัฒนาความเข้าใจว่าเพราะเหตุใดพลูโตจึงอยู่รอดในวงโคจรที่พิเศษนี้ได้ ให้มากขึ้น ในแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์ พวกเขาพบว่าเนปจูนมีอิทธิพลสูงสุดต่อ azimuthal libration ซึ่งเป็นผลจากกำทอน 3:2 ของดาวเคราะห์ทั้งสอง ซึ่งกำกับว่าในทุกๆ 3 รอบที่เนปจูนโคจรไปรอบดวงอาทิตย์ พลูโตจะโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบ 2 รอบพอดี อย่างไรก็ตาม แบบจำลองบอกว่าเนปจูนไม่ได้มีอิทธิพลมากที่สุดในแง่การ altitude libration

วงโคจรของพลูโตเอียง 17 องศาเมื่อเทียบกับระนาบระบบสุริยะ และมีความรี จนทำให้บางช่วงของวงโคจร พลูโตอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าเนปจูน

     เมื่อรวมแรงโน้มถ่วงจากยูเรนัสเข้าไปด้วย ทุกอย่างจะเริ่มแย่ลง ยูเรนัสทำหน้าที่ทำลายสมดุลทั้ง azimuthal และ latitude ถ้าวงโคจรพลูโตเป็นผลที่ตามมาจากผลจากดาวเคราะห์เพียงสองดวงนี้ มันก็น่าจะไม่เสถียรภายในเวลาเพียงหลายสิบถึงหลายร้อยล้านปีเท่านั้น เป็นผลให้พลูโต ถ้าไม่ชนกับเนปจูน หรือถูกดีดออกจากระบบสุริยะไปโดยสิ้นเชิง(มีโอกาสมากกว่า)

     แต่เป็นเพราะดาวพฤหัสฯ และตามมาด้วยดาวเสาร์ ที่มาช่วยพลูโตไว้ แม้ว่าจะอยู่ไกลจากพลูโตมากกว่าเนปจูนและยูเรนัส แต่แรงโน้มถ่วงของพวกมันก็รุนแรงมากจนเอาชนะได้ ลำพังแต่ดาวพฤหัสฯ ก็มีอิทธิพลแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะรักษาวงโคจรพลูโตให้เสถียรไปได้อย่างน้อย 5 พันล้านปี(ช่วงเวลาที่แบบจำลองเสมือนจริงเดินเครื่องไป)

     สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับงานวิจัยใหม่ก็คือ เขตเสถียรภาพของพลูโตนี้แคบแค่ไหน และดาวเคราะห์แคระก็เสียบเข้าไปได้อย่างไร ต้องขอบคุณการเรียงตัวโดยบังเอิญของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา การค้นพบยังส่งผลต่อวัตถุที่มีวงโคจรคล้ายๆ กับพลูโตด้วย ซึ่งก็อยู่ในกำทอน 3:2 กับเนปจูน เนื่องจากวงโคจรของประชากรวัตถุขนาดเล็กจำนวนมากมายในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt) ที่อยู่เลยเนปจูนออกไป ยังเก็บรักษาความทรงจำว่าพวกมันถูกผลักไปทั่วจากการอพยพของดาวเคราะห์ยักษ์ในช่วงต้นของระบบสุริยะ อย่างไร พวกมันจึงให้หน้าต่างอันเป็นอัตลักษณ์สู่ความเป็นมาของระบบสุริยะ

แถบไคเปอร์ เป็นแถบวัตถุน้ำแข็งที่อยู่เลยวงโคจรเนปจูนออกไป โดยมีพลูโตเป็นสมาชิกที่มีขนาดใหญ่ที่สุด ในขณะที่เมฆออร์ต(Oort cloud) เป็นทรงกลมของวัตถุที่อยู่ไกลออกไปอีก โดยอาจมีขอบนอกแผ่ออกไปถึงครึ่งระยะทางสู่ระบบดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด Alpha Centauri

     ด้วยการศึกษาต่อๆ ไป Malhotra เชื่อว่านักดาราศาสตร์จะได้เรียนรู้เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับประวัติการอพยพของดาวเคราะห์ยักษ์ และบอกได้ว่าสุดท้ายพวกมันมาอยู่ในวงโคจรปัจจุบันที่เป็นได้อย่างไร มันอาจจะนำไปสู่การค้นพบกลไกพลวัตที่จะอธิบายกำเนิดวงโคจรของพลูโตและวัตถุอื่นๆ ที่มีความเอียงสูง

     วงโคจรของพวกมันอาจจะซ่อนหลักฐานการมีอยู่ของดาวเคราะห์ที่สาบสูญซึ่งถูกผลักออกจากระบบสุริยะเมื่อหลายพันล้านปีก่อน Malhotra และ Ito กล่าว ผลสรุปเผยแพร่ใน Proceedings of the National Academy of Sciences วันที่ 31 มีนาคม

 

แหล่งข่าว space.com : how Pluto walks a tightrope between a stable and chaotic orbit
                sciencealert.com : researchers think they’ve cracked the secret behind Pluto’s weirdly unstable orbit