Kolik planet se vejde na jednu oběžnou dráhu? Astronomové zkoumali překvapivé možnosti nebeské mechaniky

Představte si planetární systém, v němž kolem hvězdy neobíhá na každé dráze jediná planeta, ale hned několik desítek světů. Na první pohled to zní jako recept na kosmickou srážku. Nebeská mechanika však nabízí překvapivé řešení: planety mohou sdílet stejnou oběžnou dráhu, vzájemně se vyhýbat a při setkání si dokonce vyměňovat své pozice. Podle počítačových simulací by takto mohlo společně obíhat až 24 planet o velikosti Země.

Když si měsíce vymění místo

Ve Sluneční soustavě už dnes známe příklad těles, která sdílejí téměř stejnou oběžnou dráhu. Saturnovy měsíce Janus a Epimétheus obíhají kolem planety po drahách, jejichž poloměry se liší přibližně o 50 kilometrů. Přesto se navzájem nesrazí. Zhruba každé čtyři roky si totiž vymění oběžné dráhy: vnitřní měsíc se přesune na vnější a jeho dosavadní souputník zaujme místo blíže Saturnu.

Tento pozoruhodný mechanismus ukazuje, že dvě tělesa nemusí mít každé svou pevně vymezenou dráhu, aby kolem společného centra mohla obíhat dlouhodobě a stabilně. Co kdybychom ale místo dvou měsíců měli dvě planety? A co kdyby jich bylo ještě mnohem víc?

Právě tuto možnost zkoumal mezinárodní tým vědců, jehož studie vyšla v odborném časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Výsledky naznačily, že podobné uspořádání nemusí být omezeno na dvojici těles. Za vhodných podmínek by stejnou oběžnou dráhu mohlo sdílet překvapivě velké množství planet.

Dráhy ve tvaru podkovy a neustálé předbíhání

Vědci nejprve vytvořili matematický model soustavy, v níž kolem hvězdy podobné Slunci obíhají dvě planety o hmotnosti Země. Obě se nacházely přibližně 150 milionů kilometrů od hvězdy, tedy zhruba ve stejné vzdálenosti, v jaké obíhá Země kolem našeho Slunce.

Počítačové simulace ukázaly, že planety mohou zůstat stabilní po miliardy let, přestože se jejich dráhy téměř překrývají. Pohybují se přitom po takzvaných podkovovitých drahách. Když se jedna planeta začne přibližovat k druhé, vzájemné gravitační působení změní jejich oběžné parametry. Tělesa si vymění pozice a opět se od sebe vzdálí, aniž by došlo ke srážce.

Vědci pak do simulace postupně přidávali další planety a sledovali, zda podobný mechanismus dokáže udržet stabilitu i v početnější soustavě.

Ukázalo se, že ano. V modelu mohlo na stejné oběžné dráze fungovat až 24 planet o velikosti Země. Namísto toho, aby se navzájem gravitačně rozhodily a došlo ke srážkám, si při těsných setkáních vyměňovaly své pozice. Každá planeta tak mohla pokračovat v oběhu, dokud se nesetkala s dalším sousedem.

Výsledkem byl dynamický systém, v němž se planety neustále předbíhají a střídají na vnitřnějších a vnějších pozicích. Jejich pohyb připomíná nekonečnou hru na výměnu míst, která se díky gravitačním zákonům nemusí zvrhnout v chaos.

Mohla by podobná soustava existovat i u nás?

Výzkumníci se zabývali také otázkou, zda by podobné uspořádání mohlo fungovat ve Sluneční soustavě. Jejich modely naznačily, že by za určitých podmínek bylo možné přidat několik dalších planet o velikosti Země či Venuše, případně těles s rozměry Merkuru nebo Marsu, aniž by se celý systém nutně stal nestabilním.

To ovšem neznamená, že by se takové planety daly jednoduše vložit na některou ze stávajících drah. Sluneční soustava se vyvíjí jako propojený gravitační systém a každé další těleso by ovlivňovalo pohyb ostatních planet. Dlouhodobá stabilita by proto závisela na konkrétních hmotnostech, vzdálenostech i počátečním uspořádání.

Zajímavá je také otázka, jak by taková soustava vůbec vznikla. Jednou z možností je formování několika planet současně v mimořádně hustém prachovém disku kolem mladé hvězdy. Aby se tělesa následně usadila na společné nebo téměř společné oběžné dráze a zůstala na ní stabilní, musely by však panovat velmi specifické podmínky.

Planetární soustavy s několika světy na jedné oběžné dráze tak zůstávají především teoretickou možností. Pokud by astronomové někdy podobný systém skutečně objevili, nabídl by jedinečnou příležitost studovat, jak daleko mohou sahat možnosti gravitačního uspořádání planet. A také by ukázal, že vesmír dokáže udržet stabilitu i tam, kde bychom na první pohled očekávali nevyhnutelnou katastrofu.