Četrdeset svjetlosnih godina od Zemlje, sedam planeta veličine Zemlje kruži oko crvenog patuljka u jednom od najzbijenijih planetarnih sustava dosad otkrivenih. Sustav TRAPPIST-1 u fokusu je astronoma od 2017. godine, ponajprije zato što se tri planeta nalaze u nastanjivoj zoni u kojoj bi tekuća voda mogla postojati. Ipak, uz pitanje nastanjivosti dugo je stajala još jedna dilema: mogu li tako zbijeni svjetovi uopće zadržati vlastite mjesece.
Prema novom radu Shubhama Deya i Seana Raymonda, takva mogućnost nije isključena. Rezultati upućuju na to da bi egzomjeseci mogli biti dinamički stabilni, ali samo ako kruže vrlo blizu planeta kojem pripadaju i ako su relativno male mase. Drugim riječima, arhitektura sustava dopušta satelite, ali im ne ostavlja mnogo prostora.
Kako bi to ispitali, autori su proveli tisuće računalnih simulacija u kojima su pratili ponašanje hipotetskih mjeseca oko svakog od sedam planeta TRAPPIST-1. U početnom postavu oko svakog planeta rasporedili su po 100 virtualnih satelita na kružne putanje. Putanje su započinjale neposredno iznad Rocheove granice, udaljenosti unutar koje bi plimne sile planeta dovele do raspada satelita.
Stabilnost kada je planet sam
U prvom koraku svaki je planet promatran odvojeno, bez gravitacijskog utjecaja ostalih članova sustava. U takvom, pojednostavljenom slučaju stabilno područje protezalo se od Rocheove granice do približno polovice Hillova (sfera) radijusa. Hillov radijus opisuje domet u kojem gravitacija planeta može zadržati satelit unatoč privlačenju matične zvijezde, a dobiveni rezultat odgovara očekivanjima iz teorijskih modela.
No sustav TRAPPIST-1 nije skup izoliranih planeta. Sedam svjetova kruži u rezonantnom lancu, pri čemu su njihove orbite povezane odnosima perioda pa se gravitacijski utjecaji stalno ponavljaju i zbrajaju. Zbog toga se stabilnost potencijalnih mjeseca ne može procjenjivati samo na temelju planeta i zvijezde, nego i kroz stalne poremećaje koje uzrokuju susjedi.
Zbijeni sustav sužava prostor za mjesece
Kada su simulacije uključile gravitacijski utjecaj susjednih planeta, stabilna zona se suzila. Najizraženije promjene pojavile su se za TRAPPIST-1 b, najunutarniji planet, te za TRAPPIST-1 e, planet koji se nalazi u nastanjivoj zoni. Kada je u modelu bilo svih sedam planeta, vanjska granica stabilnog područja povukla se na oko 40 do 45 posto Hillova radijusa za svaki planet u sustavu.
Autori pritom navode da učinak pojedinog susjednog planeta nije velik. Sužavanje postaje značajno tek kada se uzme u obzir zajednički gravitacijski utjecaj cijelog rezonantnog lanca, koji djeluje kao “stisak” na udaljenije orbite oko planeta. Unatoč tomu, prostor za stabilne satelite i dalje postoji, ali je ograničen na relativno bliske putanje.
Dodatno ograničenje dolazi od plimnih sila, koje s vremenom mijenjaju putanje i mogu dovesti do gubitka satelita. Prema izračunima u radu, veći mjeseci bi tijekom milijardi godina postupno gubili orbitalnu energiju, spiralno se približavali planetu i na kraju se srušili na njegovu površinu. Da bi opstali kroz cijeli životni vijek sustava, mjeseci bi morali imati masu manju od jedne stotinu milijuntog dijela mase Zemlje, dok bi vanjski planeti mogli zadržati nešto veće satelite.
Postoje li takvi mjeseci u stvarnosti, zasad se ne može provjeriti jer je njihova detekcija izvan dosega trenutačnih opažačkih mogućnosti. Ipak, analiza pokazuje da zbijena i rezonantna struktura sustava TRAPPIST-1 ne isključuje postojanje mjeseca. Ona samo postavlja jasne uvjete: sateliti bi morali biti mali i kružiti vrlo blizu planeta kojem pripadaju
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
