Kosminių kūnų orbitos atrodo nekintančios. Planetos oriai ir lėtai suka ratus aplink Saulę, mažesni asteroidai ir kometos – taip pat, net jei pastarųjų orbitos yra labiau išsitempusios. Ir visgi orbitos nėra amžinos. Štai šią vasarą džiuginusi kometa C/2020 F3 (NEOWISE), artėdama prie Saulės judėjo 4400 metų periodo orbita, bet priartėjus jos orbitos periodas išaugo iki 6700 metų – dabar ji nuo Saulės nutols kone pusantro karto daugiau, nei didžiausias nuotolis, iš kurio atlėkė.
Net ir toks pokytis atrodo nereikšmingas žmonėms – ir 4400, ir 6700 metų yra nepalyginamai ilgiau, nei žmogaus gyvenimas, abu laikotarpiai artimesni žinomų civilizacijų egzistavimo trukmėms. Tačiau pokyčiai kartais gali būti daug spartesni – vos per dešimtmetį kūno orbita gali pakisti nuo artimos Asteroidų žiedui iki Neptūno, o gal ir tolimesnių Saulės sistemos regionų. Kaip? Tereikia pataikyti į „kosminį greitkelį“.
Taip trys mokslininkai pavadino surastą abstrakčią struktūrą, matomą išnagrinėjus daugybės galimų orbitų Saulės sistemoje evoliuciją. Analizė atlikta įtraukiant ne tik Saulės, bet ir planetų – nuo Veneros iki Neptūno – gravitacijos poveikį bandomajai dalelei. Naudodamiesi statistiniais metodais, kurie leidžia apskaičiuoti orbitos stabilumą bet kokiame potenciale, tyrėjai suskaičiavo tikėtinus milijonų pradinių orbitų pokyčius per šimtą metų – praktiškai akimirksnį, kalbant kosminiais mastais. Pradinės orbitos parinktos artimos ekliptikos plokštumai, arti kurios skrieja ir planetos. Orbitų pradiniai didieji pusašiai – vidutiniai nuotoliai nuo Saulės – parinkti tarp 3 ir 20 astronominių vienetų; tai maždaug atitinka ribas tarp Asteroidų žiedo ir šiek tiek už Urano orbitos. Orbitų elipsiškumai – nuo nulio (tikslus apskritimas) iki vieneto (parabolinė orbita, kuria judėdamas kūnas pabėgtų iš Saulės gravitacinio lauko). Apskaičiuoti nestabilumo indeksai labai gražiai atrodo grafike:
Jau iš pirmo žvilgsnio matyti įvairios struktūros, primenančios arkas. Žinoma, nereikėtų jų painioti su tikromis arkomis: grafike vaizduojamos ne erdvės koordinatės, bet orbitų parametrai. Horizontalioje ašyje – pradinis orbitos didysis pusašis, vertikalioje – elipsiškumas. Šviesiau pažymėtos mažiau stabilios orbitos, t. y. tokios, kurių pusašiai bei elipsiškumai reikšmingai pakinta per šimtą metų. Jei kūnas patenka į vieną iš šių orbitų, tai palyginus greitai jo orbita gali pasikeisti labai stipriai. Keletas tokių pokyčių pavyzdžių vaizduojami kitame grafike:
Kuo šis atradimas svarbus? Apie tai, kad kartais, esant palankioms sąlygoms, mažųjų Saulės sistemos kūnų orbitos gali pasikeisti sparčiai ir reikšmingai, buvo žinoma jau seniai. Bet dabar aišku, kad „palankių sąlygų“ yra nemažai ir žinome, kokios orbitos yra nestabilios. Taip pat aišku, kad nestabilių orbitų išsidėstymas yra gana fraktališkas: antrame grafike matyti daug mažyčių struktūrų, tarsi mažesnių arkų – patekus į vieną iš jų, orbita gali būti labai nestabili, bet nežymus pradinių sąlygų pokytis ją gali gerokai stabilizuoti. Gausių nestabilių orbitų egzistavimas paaiškina įvairių asteroidų ir kometų sparčią migraciją iš vienos Saulės sistemos dalies į kitą. Pernai buvo atrasta šio „kosminio greitkelio“ dalis – „orbitiniai vartai“ tarp užneptūninių orbitų ir centrinės Saulės sistemos dalies. Dabar žinome, kad tie vartai yra tik didesnės abstrakčios struktūros dalis.
Įvairiuose pranešimuose spaudai ir populiariuose tyrimo pristatymuose daug dėmesio skirta galimybei palyginus greitai nuskristi į Saulės sistemos pakraščius ar dar toliau. Visgi nepanašu, kad tokia galimybė yra labai praktiška. Jau dabar kosminiai skrydžiai planuojami taip, kad kuo daugiau būtų išnaudojama planetų gravitacija, ir su menkomis kurso korekcijomis būtų galima pasiekti tolimus taikinius. Tam tenka paaukoti kelionės greitį: skrydis iki Saturno trunka apie septynerius metus, iki Plutono – devynerius, ir panašiai. Bet ir septyneri, ir devyneri metai yra panašus arba mažesnis laiko tarpas, nei orbitų destabilizacija dėl didžiųjų planetų gravitacijos. Taigi pagrindinė atradimo nauda yra būtent supratimas apie natūralių Saulės sistemos kūnų orbitų pokyčius, o ne mūsų paleistų zondų skrydžių perspektyvas.
Tyrimo rezultatai publikuojami Science Advances.
Laiqualasse