De opvallende zwaartekrachtdans van planeten met uitgelijnde banen

By | February 4, 2024

Dit artikel is beoordeeld in overeenstemming met het redactionele proces en de richtlijnen van Science X. De redactie heeft de volgende kenmerken benadrukt en tegelijkertijd de geloofwaardigheid van de inhoud gewaarborgd:

op feiten gecontroleerd

betrouwbare bron

geschreven door onderzoekers

Proeflezen


Planeten kunnen elkaar zwaartekracht beïnvloeden als hun banen op één lijn liggen. Afbeelding tegoed: NASA/JPL-Caltech

× dichtbij


Planeten kunnen elkaar zwaartekracht beïnvloeden als hun banen op één lijn liggen. Afbeelding tegoed: NASA/JPL-Caltech

Planeten draaien op enorme afstanden rond hun moedersterren – in ons zonnestelsel zijn planeten als zandkorrels in een gebied ter grootte van een voetbalveld. De tijd die planeten nodig hebben om rond hun zon te draaien, heeft geen specifieke relatie met elkaar.

Maar soms vertonen hun banen opvallende patronen. Astronomen die bijvoorbeeld zes planeten bestuderen die in een baan om een ​​ster op 100 lichtjaar afstand draaien, hebben zojuist ontdekt dat ze met een bijna ritmische hartslag en in perfecte synchronisatie rond hun ster draaien. Elk paar planeten voltooit hun banen in tijden die gelijk zijn aan de verhouding van hele getallen, waardoor de planeten tijdens hun baan op één lijn kunnen komen en een zwaartekracht op de ander kunnen uitoefenen.

Dit type zwaartekrachtuitlijning wordt orbitale resonantie genoemd en lijkt op harmonie tussen verre planeten.

Ik ben een astronoom die kosmologie studeert en schrijft. Onderzoekers hebben de afgelopen dertig jaar ruim 5.600 exoplaneten ontdekt, en hun buitengewone diversiteit blijft astronomen verbazen.

Harmonie van de sferen

De Griekse wiskundige Pythagoras ontdekte de principes van muzikale harmonie 2500 jaar geleden door de geluiden van smidse hamers en tokkelende snaren te analyseren.

Hij geloofde dat wiskunde de kern van de natuurlijke wereld vormt en stelde voor dat de zon, de maan en de planeten elk een uniek gezoem uitzenden vanwege hun baaneigenschappen. Hij geloofde dat deze ‘muziek van de sferen’ voor het menselijk oor niet waarneembaar was.


Baanresonantie, zoals te zien bij de manen van Jupiter, treedt op wanneer de banen van planetaire lichamen op één lijn liggen. Io draait bijvoorbeeld vier keer rond Jupiter in de tijd die Europa nodig heeft om twee banen te voltooien en Ganymedes om één baan te voltooien. Afbeelding tegoed: WolfmanSF/Wikimedia Commons

Vierhonderd jaar geleden nam Johannes Kepler dit idee op zich. Hij suggereerde dat muzikale intervallen en harmonieën de bewegingen van de zes toen bekende planeten beschreven.

Voor Kepler had het zonnestelsel twee bassen, Jupiter en Saturnus; een tenor, Mars; twee altisten, Venus en Aarde; en een sopraan, Mercury. Deze rollen weerspiegelden hoe lang elke planeet erover deed om rond de zon te draaien, lagere snelheden voor de buitenste planeten en hogere snelheden voor de binnenplaneten.

Hij noemde het boek dat hij over deze wiskundige verbanden schreef ‘De harmonie van de wereld’. Hoewel deze ideeën enige overeenkomsten vertonen met het concept van orbitale resonantie, produceren planeten feitelijk geen geluid omdat geluid zich niet door het vacuüm van de ruimte kan voortplanten.

Orbitale resonantie

Resonantie treedt op wanneer planeten of manen omloopperioden hebben die verhoudingen zijn van gehele getallen. De omlooptijd is de tijd die een planeet nodig heeft om een ​​volledige baan rond de ster te maken. Twee planeten die om een ​​ster draaien, zouden bijvoorbeeld in een resonantie van 2:1 verkeren als de ene planeet er twee keer zo lang over zou doen als de andere om rond de ster te draaien. Resonantie wordt waargenomen in slechts 5% van de planetaire systemen.

In het zonnestelsel bevinden Neptunus en Pluto zich in een 3:2-resonantie. Er is ook een drievoudige resonantie, 4:2:1, tussen de drie manen van Jupiter, Ganymedes, Europa en Io. In de tijd die Ganymede nodig heeft om rond Jupiter te draaien, draait Europa twee keer om zijn baan en Io vier keer. Resonanties komen van nature voor wanneer planeten baanperioden hebben die de verhouding van hele getallen vertegenwoordigen.

Muzikale intervallen beschrijven de relatie tussen twee muzieknoten. In muzikale analogie zijn belangrijke muzikale intervallen gebaseerd op frequentieverhoudingen de vierde 4:3, de vijfde 3:2 en het octaaf 2:1. Iedereen die gitaar of piano speelt, zou deze intervallen moeten kennen.


Muzikale intervallen kunnen worden gebruikt om toonladders en harmonieën te creëren.

Orbitale resonanties kunnen de manier veranderen waarop de zwaartekracht twee lichamen beïnvloedt, waardoor ze versnellen of vertragen, zich in hun baan stabiliseren en soms hun banen onderbreken.

Stel je voor dat je een kind op een schommel duwt. Zowel een planeet als een schommel hebben een natuurlijke frequentie. Geef het kind een duwtje gelijk aan de schommelbeweging en hij krijgt een duwtje. Je krijgt ook een boost als je ze om de andere keer dat ze zich in deze positie bevinden, of om de derde keer, een duwtje geeft. Maar geef ze op willekeurige momenten een duwtje, soms met de beweging van de schommel mee en soms ertegenaan, en ze krijgen geen duw.

Bij planeten kan de stuwkracht ervoor zorgen dat ze in hun baan blijven, maar het is veel waarschijnlijker dat hun banen worden verstoord.

Resonantie van exoplaneten

Exoplaneten, of planeten buiten het zonnestelsel, vertonen indrukwekkende voorbeelden van resonantie, niet alleen tussen twee objecten, maar ook tussen resonante ‘ketens’ waarbij drie of meer objecten betrokken zijn.


Orbitale resonantie kan ervoor zorgen dat planeten of asteroïden sneller gaan bewegen of wiebelen.

De ster Gliese 876 heeft drie planeten met een omlooptijdverhouding van 4:2:1, net als de drie manen van Jupiter. Kepler 223 heeft vier planeten met verhoudingen van 8:6:4:3.

De rode dwerg Kepler 80 heeft vijf planeten met verhoudingen van 9:6:4:3:2 en TOI 178 heeft zes planeten, waarvan er vijf in een resonantieketen liggen met verhoudingen van 18:9:6:4:3.

TRAPPIST-1 is de recordhouder. Er zijn zeven aardachtige planeten, waarvan er twee mogelijk bewoonbaar zijn, met orbitale verhoudingen van 24:15:9:6:4:3:2.

Het meest recente voorbeeld van een resonantieketen is het systeem HD 110067. Het bevindt zich op ongeveer 100 lichtjaar afstand en heeft zes sub-Neptunus-planeten, een veel voorkomend type exoplaneet, met orbitale verhoudingen van 54:36:24:16:12: 9. De ontdekking is interessant omdat de meeste resonantieketens onstabiel zijn en na verloop van tijd verdwijnen.

Ondanks deze voorbeelden zijn resonantieketens zeldzaam en vertonen slechts 1% van alle planetaire systemen deze. Astronomen denken dat planeten ontstaan ​​in resonantie, maar kleine zwaartekrachtschokken van passerende sterren en ronddwalende planeten neutraliseren de resonantie in de loop van de tijd. Bij HD 110067 heeft de resonantieketen miljarden jaren overleefd, waardoor een zeldzaam en ongerept beeld ontstaat van het systeem zoals het was toen het ontstond.

Sonificatie van de baan


Muziek uit planetaire banen gecreëerd door astronomen van de European Southern Observatory.

Astronomen gebruiken een techniek genaamd sonificatie om complexe visuele gegevens in geluid te vertalen. Het biedt mensen een andere manier om te genieten van de prachtige beelden van de Hubble-ruimtetelescoop, en het is toegepast op röntgengegevens en zwaartekrachtgolven.

Voor exoplaneten kan sonificatie de wiskundige relaties van hun banen overbrengen. Astronomen van de European Southern Observatory creëerden wat zij ‘sfeermuziek’ noemen voor het TOI 178-systeem door elk van de vijf planeten een geluid op pentatonische toonladder toe te wijzen.

Een soortgelijke muzikale vertaling werd uitgevoerd voor het TRAPPIST-1-systeem, waarbij de orbitale frequenties met een factor 212 miljoen werden geschaald om ze binnen het hoorbare bereik te brengen.

Astronomen hebben ook een sonificatie gemaakt voor het HD 110067-systeem. Er bestaat misschien onenigheid over de vraag of deze interpretaties klinken als echte muziek, maar het is inspirerend om te zien hoe de ideeën van Pythagoras na 2500 jaar werkelijkheid worden.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *