Estructura global en forma de arco de colectores espaciales en el Sistema Solar. Mapas FLI a corto plazo de la región entre el borde exterior del cinturón de asteroides principal a 3 AU hasta un poco más allá del semieje mayor de Urano a 20 AU, para todas las excentricidades elípticas, adoptando un modelo dinámico en ORBIT9 que contiene los siete planetas principales (desde Venus hasta Neptuno) como perturbadores (arriba) o Júpiter como el único perturbador (abajo). Las órbitas ubicadas en colectores estables aparecen con un color más claro, mientras que las regiones más oscuras corresponden a trayectorias fuera de ellas. Tres conjuntos de curvas de límite dinámicas se superponen en el mapa en el panel inferior correspondientes a las líneas de perihelio (qj) y afelio (Qj) de Júpiter (delgada, verde), el contorno de Júpiter Tisse y el parámetro Tj =3 que dicotomiza asteroides y cometas (gruesos, amarillo), y las variedades estables de L1 (WsL1) y L2 (WsL2) (punteado, blanco). El mapa muestra más de 2 millones de valores iniciales de (a, mi), donde la inclinación inicial i, argumento de perihelio ω, y la longitud del nodo ascendente Ω se establece igual a la de Júpiter en la época inicial el 30 de septiembre de 2012. La anomalía media inicial de los TP se establece en 60 ° por delante de Júpiter en su órbita para reflejar la configuración L4 "griega". a, semieje mayor; mi, excentricidad. Crédito: Avances de la ciencia , doi:10.1126 / sciadv.abd1313
Los colectores espaciales forman los límites de los canales dinámicos para proporcionar un transporte rápido a los confines más internos y externos del sistema solar. Estas características son un elemento importante en la navegación de naves espaciales y el diseño de misiones. proporcionando una ventana a la naturaleza aparentemente errática de los cometas y sus trayectorias. En un nuevo informe ahora publicado en Avances de la ciencia , Nataša Todorović y un equipo de investigadores en Serbia y los EE. UU. Revelaron una estructura ornamental notable e inesperada de múltiples en el sistema solar. Esta arquitectura estaba conectada en una serie de arcos que se extendían desde el cinturón de asteroides hasta Urano y más allá. Las variedades más fuertes se encontraron vinculadas a Júpiter con un profundo control sobre los cuerpos pequeños en una amplia y desconocida gama de energías de tres cuerpos. Las órbitas de estas variedades encontraron a Júpiter en escalas de tiempo rápidas para transformarse en trayectorias de colisión o fuga para alcanzar la distancia de Neptuno en tan solo una década. De este modo, como una carretera celestial, Todos los planetas generan múltiples variedades similares en todo el sistema solar para un transporte rápido en todas partes.
Navegando el caos en el sistema solar
En este trabajo, Todorović y col. indicador de Lyapunov rápido usado (FLI); una cantidad dinámica utilizada para detectar el caos, para detectar la presencia y la estructura global de las variedades espaciales. Capturaron las inestabilidades que actúan en escalas de tiempo orbitales con la herramienta numérica sensible y bien establecida para definir regiones de transporte rápido en el sistema solar. El caos en el sistema solar está indisolublemente ligado a la estabilidad o inestabilidad de las variedades que forman intrincadas estructuras cuya interacción mutua puede permitir un transporte caótico. Las propiedades generales se pueden describir en relación con el plano, Problema circular y restringido de tres cuerpos (PCR3BP) que aproxima el movimiento de los cuerpos celestes naturales y artificiales. Si bien este concepto está lejos de entenderse completamente, Los conocimientos geométricos modernos han revolucionado las trayectorias de diseño de naves espaciales y han ayudado a construir nuevos observatorios astronómicos basados en el espacio para transformar nuestra comprensión del cosmos.
La dinámica de las variedades espaciales que permiten el gran recorrido del sistema solar a través de una red de transporte interplanetario también ha contribuido a los mecanismos de tránsito de los cometas de la familia Júpiter (JFC). Los JFC son los productos evolutivos de objetos transneptunianos que continúan evolucionando a través de la región del planeta gigante como Centauros y hacia el sistema solar interior. Los cuerpos de cometas y asteroides que ocupan órbitas en la región entre Júpiter y Neptuno y los centauros son dinámicos e inestables con vidas de sólo unos pocos millones de años. Los astrofísicos suelen utilizar escalas de tiempo muy diversas para modelar rutas dinámicas detalladas que conectan diferentes zonas horarias del sistema solar exterior.
Una imagen más fina de los colectores con objetos que chocan y escapan a lo largo de ellos. Un muy resuelto 1500 × 1500 puntos, Mapa de distancia mínima joviana concentrado cerca de la estructura caótica en forma de V más grande, hecho usando Mercurius con un paso de tiempo de integrador de 0.01 (equivalente a alrededor de medio día). En el mapa hay una imagen más fina de las variedades, donde notamos pequeñas subestructuras que envuelven las principales. Superpuestas en el mapa de estabilidad están las órbitas que chocan con Júpiter (puntos verdes) y todas las trayectorias de escape (puntos rosas), cuyas transiciones dinámicas de elípticas a hiperbólicas se han validado aún más aumentando significativamente la tolerancia dentro de Mercurius (utilizando un tamaño de paso de 1 min). Los estados evolutivos de ejemplo de cuatro condiciones iniciales (estrellas rojas) ubicadas en las estructuras se muestran en coordenadas cartesianas en las llamadas, donde la órbita heliocéntrica de Júpiter también se muestra como referencia (gris). La trayectoria de escape específica en la esquina superior derecha se investigó más a fondo utilizando el modelo más realista de siete planetas, encontrando que de hecho alcanza más de 100 AU en menos de un siglo en su evolución ilimitada. Se dan animaciones de órbitas de colisión y fuga. Crédito: Avances de la ciencia , doi:10.1126 / sciadv.abd1313 
Todorović y col. consideró la evolución a corto plazo (100 años) de las partículas de prueba sin masa (TP) ubicadas en los orbitales entre el cinturón de asteroides principal y Urano. Presentaron los datos en mapas dinámicos basados en dos paquetes de integración orbital ampliamente utilizados, ORBIT9 y REBOUND, mientras desarrollaban un modelo de fuerza que contenía siete planetas principales desde Venus hasta Neptuno como perturbadores junto con el sistema de tres cuerpos Sol / Júpiter / partículas de prueba. Los asteroides coorbitales conocidos como "griegos" y "troyanos" seguían la misma órbita que Júpiter, pero conducían o seguían al planeta en una distancia angular.
El equipo calculó el FLI (indicador rápido de Lyapunov) a lo largo de 100 años para una cuadrícula grande, donde las regiones más claras representaban órbitas ubicadas en variedades estables y las regiones más oscuras representaban aquellas que estaban alejadas de ellas. Los investigadores notaron la aparición de una gran estructura caótica en "forma de V" conectada a una serie de arcos a distancias heliocéntricas crecientes y casi siguiendo la línea del perihelio de Júpiter. Las variedades estables condujeron a un movimiento caótico debido a interacciones complejas con las variedades inestables correspondientes. Estas variedades eran analíticamente muy complejas. Es más, como se esperaba, Júpiter fue el perturbador dominante del sistema y responsable de la mayor parte de la rica arquitectura caótica, rastreada hasta más allá de Neptuno.
Aspecto global de las variedades espaciales en mapas de distancia mínima joviana de un siglo calculados sobre aproximadamente diez revoluciones orbitales de Júpiter y cada cuadro de la animación muestra cómo los arcos y la subestructura foliada se manifiestan en incrementos de tres años. Cada mapa muestra cuatro millones de valores iniciales de semieje mayor y excentricidad, donde la inclinación inicial, argumento de perihelio, y la longitud del nodo ascendente de los TP se establece igual a la de Júpiter en la época inicial el 30 de septiembre de 2012. La anomalía media inicial de los TP se establece en 60 ° por delante de Júpiter en su órbita para reflejar la configuración L4 griega. Se superponen dos contornos de energía de tres cuerpos Sol-Júpiter-TP, con -1,5194 correspondiente al valor del punto de Lagrange L1. El mapa cubre el borde interior del cinturón de asteroides principal a 2 UA hasta un poco más allá del eje semi-mayor de Urano a 20 UA. El paquete Mercurius dentro de REBOUND se usó bajo el modelo de tres cuerpos Sun-Jupiter-TP. Crédito: Avances de la ciencia , doi:10.1126 / sciadv.abd1313 
Para comprender la dinámica de la física de encuentros cercanos y múltiples en el sistema, Todorović y col. usó paquetes de software para rastrear con precisión las evoluciones a través de acercamientos cercanos con Júpiter. Usando mapas de distancia mínima joviana para las configuraciones orbitales griegas y troyanas, el equipo mostró cómo todas las órbitas a lo largo de las estructuras caóticas entraron en la esfera de la colina de Júpiter durante el curso de su evolución. Para comprender la dinámica del encuentro cercano, el equipo investigó los puntos de equilibrio de Lagrange (L 1 y yo 2 ), que definen posiciones en el espacio donde la atracción gravitacional de dos grandes masas igualaba con precisión la fuerza centrípeta requerida para que un objeto pequeño se moviera con ellas. Todas las trayectorias de encuentros cercanos visitaron el vecindario de L 1 o L 2 Puntos de Lagrange, arrojando luz sobre la poco conocida dicotomía greco-troyana de los asteroides troyanos de Júpiter escapados.
Pequeños cuerpos ubicados en colectores que conducen a una rápida colisión con Júpiter Evolución del marco inercial heliocéntrico-eclíptico de los 31 TP en colisión. La colisión más rápida ocurrió en poco más de siete años y el tiempo medio de colisión fue de aproximadamente 36 años. Crédito: Avances de la ciencia , doi:10.1126 / sciadv.abd1313
Entre las partículas de prueba (TP) que se acercan a Júpiter, unas pocas docenas chocaron directamente y sus distancias jovicéntricas se volvieron menores que el radio de Júpiter. Casi 2000 TP pasaron de órbitas elípticas unidas a órbitas de escape hiperbólicas no unidas como resultado de múltiples encuentros inducidos. Las órbitas en transición luego alcanzaron Urano y Neptuno en 38 y 46 años; las partículas de prueba más rápidas llegaron a la región neptuniana en menos de una década. La dispersión o colisión con Júpiter fue al menos varios órdenes de magnitud más corta que las reportadas anteriormente. Todorović y col. Luego observó el camino del cometa 39P / Oterma basado en trabajos previos realizados hace más de dos décadas, donde el cometa siguió de cerca las múltiples estructuras invariantes asociadas con L 1 y yo 2 . El trabajo mostró cómo las variedades invariantes eran la verdadera puerta de entrada orbital que parecía influir en las órbitas de baja inclinación más cercanas a los puntos de Lagrange de los planetas exteriores.
Pequeños cuerpos ubicados en colectores que conducen a un escape rápido del sistema solar Evolución del marco inercial heliocéntrico-eclíptico de un subconjunto de 38 TP que escapan. Estas órbitas de transición de elíptica a hiperbólica alcanzan las distancias de Urano y Neptuno en aproximadamente 38 y 44 años en promedio, respectivamente, y el 63% de ellos son expulsados a 100 AU en el transcurso de un siglo. Crédito: Avances de la ciencia , doi:10.1126 / sciadv.abd1313 
De este modo, Nataša Todorović y sus colegas informaron múltiples que actúan en escalas de tiempo orbitales de varias décadas en este trabajo, en contraste con las decenas a miles de millones de revoluciones orbitales que tradicionalmente se consideran. La información adicional a través de estudios cuantitativos proporcionará conocimientos más profundos sobre el transporte entre los dos cinturones de cuerpos menores y la región del planeta terrestre. El equipo espera combinar estas observaciones con teoría y simulaciones para mejorar la comprensión existente del transporte celeste. El efecto observado de Júpiter inducido, El transporte a gran escala en una escala de tiempo decenal no es ninguna sorpresa, Dado que las misiones espaciales se han diseñado históricamente para el transporte asistido por Júpiter, incluidos los sobrevuelos de la Voyager 1 y la Voyager 2.
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