Tuesday, March 24, 2015

Titus-Bodeov zakon i ekstrasolarni sistemi

Ilustracija načina mišljenja putem kog je uspostavljen Titus-Bodeov zakon. Analogijom sa rasporedom "planeta" na terenu za američki fudbal ukazuje se na postojanje izvesne pravilnosti u razdaljini između planeta. (Kliknuti za uvećan prikaz)


 Od svojih prvih začetaka, nauka, ili pre skup i kompleks nauka i interdisciplinarnih istraživačkih područja, usmerenih na naučnu potragu za vanzemaljskom životom prelazila je put od spekulacija, ka nekim od potvrda, preko teza i teorema, do novih činjenica. U tom smislu, ovaj kompleks naučnih poduhvata, shvatanja, prtpostavki i ambicija koji nazivam pozajmljenim terminom ksenologija, nije zapravo različit od drugih naučnih oblasti, koje su pre danas poznate čvršće i proverljive osnove prolazile kroz niz aproksimacija, pretpostavki i teorija, od kojih su se neke pokazale kao ispravne, a druge ne.
Štaviše, davno pre nego što je savremena tehnološka civilizacija Zemlje, sa svim svojim omaškama i uspesima usmerila svoju pažnju na egzoplanete koje orbitiraju oko drugih zvezda, ona je imala čak i danas u potpunosti nedovršen zadatak razumevanja i otkrivanja sopstvenog doma- našeg sistema. Od pretposavki geocentričnog sistema, sa svim svojim varijacijama, do upoznavanja drugih planeta u heliocentričnom modelu, astronomija, filozofija i ostale nauke iz kompleksa koji se bavio ovim problemima prošle su kroz sličan trnovit put, preko mnoštva hipoteza, pretpostavki i teorija, da bi došle do sadašnjeg korpusa znanja. Sa ograničenim tehnološkim mogućnostima, razumevanje udaljenih krajeva Sunčevog sistema bilo je daleko teži zadatak, jednako težak možda, kao što je danas potraga za egzoplanetama. Štaviše, možemo možda malo preterati i reći da su tek misije Vojadžer i Pionir pružile konačne potvrde nekih od spekulacija, i učinile Solarni sistem "opipljivijim" za našu civilizaciju.
Ipak, pre toga, i pre razvoja moderne tehnologije koja je omogućila precizna posmatranja ili interplanetarna putovanja, gotovo jedina šansa naše civilizacije bila je okretanje jednostavnih teleskopa srazmerno malog dometa ka noćnom nebu. Međutim, zadatak posmatranja čitavog neba bio je nešto što je, čak i po savremenim standardima, gotovo nemoguće. Stoga, u potrazi za nepoznatim, kao što je bila potraga za drugim, do tada neotkrivenim, planetama našeg sistema, bilo je neophodno iznaći neki mehanizam koji će astronomima olakšati posao bar utoliko što će im reći kada i gde da gledaju. Jasno, radilo se o različitim teorijskim modelima koji su nastojali da predvide pozicije još neotkrivenih planeta, ili recimo, da predvide nailaske kometa, što je dovelo do značajnih astronomskih otkrića.
Jedan od teorijskih modela koji se ticao otkrića planeta bio je takozvani Titus-Bodeov zakon koji je nastojao da predvidi postojanje još neotkrivenih planeta na osnovu specifičnih razmera razdaljine između planeta i Sunca. Negde u 18om veku pojavljuje se prvo spominjanje ovog teorijskog predloga koji je ukazao da je moguće pronaći funkciju koja ukazuje na izvesnu pravilnost između rasporeda planeta. Mada prvobitno ovaj model nije privukao posebnu pažnju, to se promenilo sa otkrićem Urana 1718 koji je otkriven upravo tamo gde je ovaj zakon predvideo da će se naći. Ovaj model predvideo je i "petu planetu" između Marsa i Jupitera, gde je otkriveno nebesko telo Ceres, 1801. Nakon ovoga, Titus-Bodeov zakon zadobio je značajnu pažnju.
Međutim, imao je i značajne nedostatke. Između ostalog, nije nudio nikakvo obrazloženje za postojanje ove pravilnosti. Nadalje, Titus-Bodeov zakon napušten je u nauci kada je otkriven Neptun, potpuno van lokacije koju je zakon predvideo. Na lokaciji koja je predviđena za Neptun, naprotiv, nalazio se Pluton, mada druge planete izvan orbite Neptuna, takođe se ne mogu uklopiti u predviđeni model.
Iako je ovaj zakon imao svoje pogotke, kao i promašaje, i iako se nije temeljio na nekoj jasnoj teorijskoj osnovi, postalo je jasno da on funkcioniše makar kao nesavršena aproksimacija. Ali, zašto? Čini se da se radi o kombinaciji faktora- orbitalnim rezonancama, ali i koincidenciji i ograničenom broju opcija. Naime, pokazalo se da iako ne postoji neka jasna osnova za funkcionisanje ovog zakona, veliki broj orbitirajućih sistema može se zapravo bar u nekim svojim elementima uklopiti u idealtipski model, ukoliko je stabilan. Drugim rečima, gravitaciona interakcija nebeskih tela, orbitalne rezonance i drugi oblici interakcije nebeskih tela u protoplanetarnom disku, i kasnije, solarnom sistemu, ostavljaju srazmerno mali broj mogućih stabilnih orbita. Stoga, pokazalo se da čak i nasumično generisani virtualni orbitalni sistemi, jednom kada dostignu stabilnost, imaju veliku verovatnoću da u izvesnoj meri zadovolje Titus-Bodeov zakon.
Danas, naravno, posedujemo preciznije metode razumevanja i istraživanja Sunčevog sistema. Ipak, čekajući obećavane i odlagane nove generacije teleskopa, naučnici koji se bave egzoplanetama, slično astronomima koji su se bavili našim sistemom nekada, moraju se oslanjati u velikoj meri na modele, kako su precizniji modeli još nedostupni.

Rezultati istraživanja- ekstrasolarni sistemi su šablonski prikazani pri čemu su plavi krugovi potvrđene planete, a kockice planete koje model predviđa. Zelena linija označena sa HZ označava naseljivu zonu zvezde (Habitable zone). Kliknuti za uvećan prikaz.


 Stoga, sprovedena je studija koja je pokušala da primeni upravo ovaj kontroverzni model na ekstrasolarne sisteme. Ne uzimajući ovaj model kao ispravan zakon, već pre kao jedan svojevrsni teorijski "vodič" za predviđanje planeta u nekom solarnom sistemu, na osnovu pozicija već poznatih planeta, i imajući na umu tehnološka ograničenja koja se tiču detekcije egzoplaneta, jedna mala grupa naučnika je pokušala da primeni ovaj model na stotinjak ekstrasolarnih sistema, otkrivajući da mnogi od njih odgovaraju modelu, čak i bolje nego naš model.
Stoga, nakon odabira sistema koji imaju potvrđeno prisustvo četiri ili više egzoplanete (na osnovu Keplerovog istraživanja), ova grupa naučnika je napravila određena predviđanja na osnovu toga, koja su se pokazala kao ispravna u 5% slučajeva. Iako mali broj, on je zapanjujuće značajan, kako, kada se tehnološka ograničenja uzmu u obzir, podrazumeva zapravo zapanjujuće visoku stopu tačnosti predviđanja. Ne samo što Kepler studija jako retko može otkriti planete veličine Zemlje, već ima i velikih poteškoća sa otkrivanjem planeta dovoljno udaljenih od zvezde. Upravo zbog toga se čini da je većina prvih Keplerovih "kandidata" zapravo zbrka "vrućih Jupitera", koji su kasnije prošireni manjim, ali izrazito vrelim planetama, uz poneke izuzetke. Ukratko, iako je dao značajan doprinos ksenologiji, Kepler ne poseduje tehnološke mogućnosti za otkriće "druge Zemlje", te je, slično većini drugih NASAinih projekata, usmeren na otkrivanje egzoplaneta uopšte, i postavljanja pitanja može li se planirati misija potrage za "drugom Zemljom"- za one koji prate NASAina istraživanja i reakcije na izvesne nove hipoteze, ovo je već dobro poznata strategija "izvrdavanja" od pravog odgovora. Bez obzira da li se ove mane mogu smatrati stvarnim tehnološkim nedostatcima, ili rezultatom već dobro poznate konzervativne politike NASAe i anti-naučne, promilitarne ekonomske politike SADa, oni značajno utiču na veoma, veoma smanjenu mogućnost davanja odgovora na centralno pitanje- postoje li planete nalik na Zemlju, njene veličine, u naseljivoj zoni neke druge zvezde? Pitanje koje postaje sve ključnije, a koje je, slično pitanju života na Marsu ili Europi, u radu NASAe često potencirano, uz fusnotu sitnim slovima da na njega neće biti odgovoreno.
Upotreba Titus-Bodeovog modela je odgovor na ovo, pokušaj naučnika da upotrebe ono što je "pri ruci" i pokušaju da steknu bolji uvid, ako bar aproksimaciju, u činjenično stanje. Rezultati ovog istraživanja pokazali su se kao više nego fascinantni! Dakle, radeći na korpusu od 68 planetarnih sistema sa četiri ili više otkrivenih egzoplaneta, naučnici su dali izvesna predviđanja, služeći se Titus-Bodeovim modelom. Za godinu dana, uz sva ograničenja, 5% predviđanja je potvrđeno što ukazuje na izvesnu aproksimativnu operabilnost modela, ne kao preciznog zakona, već kao okvirnog modela za postavljanje hipoteza koje će biti potrebno proveriti. Kada je rad završen, naučnici su dali odgovor, za razliku od NASAe na ključno pitanje koje ovakav rad može postaviti- koliko planeta u proseku se predviđa u naseljivoj zoni zvezda? Neverovatan odgovor iznosi 2 +/- 1! Dakle, ukoliko se ovaj model pokaže kao u izvesnoj meri tačan, gotovo svaka zvezda će u svojoj naseljivoj zoni imati bar jednu, ako ne i dve planete u naseljivoj zoni! Čak i ako je tačnost ovog modela gotovo minimalna, čak i najmanji postotak od 300 milijardi zvezda daje neverovatan broj planeta u naseljivim zonama. S druge strane, model ne predviđa tačan tip planeta koje će se naći na određenoj poziciji, te je stoga razumna pretpostavka da će oko 30% planeta u naseljivoj zoni biti veličine i sastava Zemlje. Uzevši sve ovo u obzir, čini se da je Drejkova jednačina još jednom promenila svoje varijable. I ponovo, mada se radi o aproksimaciji, njen tačan domet za sada nam nije u potpunosti poznat, ali za sada, čini se da postoji značajan procenat tačnosti predviđanja. Ako ništa drugo, ovo istraživanje otvara mogućnost za vrlo primamljive hipoteze. Sada ostaje samo čekanje da teleskopi "nove generacije" najzad iz najave postanu stvarnost, i da svemirske agencije, za promenu, na sebe preuzmu odgovornost iznalaženja odgovora na ovakva pitanja.

Izvori:

Space.com
Wikipedia

No comments:

Post a Comment