Vokser eller aftager rødforskydningen

Afstandene i Universet vokser proportionalt med en skalafaktor R(t). To galakser fjerner sig fra hinandem med en hastighed, som er lig deres indbyrdes afstand ganget med Hubbles parameter H(t) = (dR/dt)/R. En lysbølges bølgelængde vokser proportionalt med R(t), så rødforskydningen mellem udsendelsen til tiden te og modtagelsen til tiden to er givet ved z = R(to)/R(te) – 1, dvs 1+z = R(to)/R(te). Tidsintervallet mellem to bølgetoppe forlænges med den samme faktor, så vi har tidsforlængelsen dto/dte = 1+z. Jeg er nu klar til at finde ændringen af rødforskydningen dz mellem to bølgetoppe.

dz = (dR/dto)dto/R(te) – R(to)(dR/dte)dte/R²(te)

dz = (1+z)H(to)dto – H(te)(1+z)dte = [H(to)(1+z) – H(te)]dto

dz/dto = H(to)(1+z) – H(z), idet jeg anvender z i stedet for te.

For standardmodellen gælder, at H(z)=H(to)E(z), E²(z)=0.73+0.27(1+z)³.

0.73 er tæthedsparameteren for den kosmologiske konstant og o.27 er tæthedsparameteren for mørkt og baryonisk stof. Summen af de to parametre er 1, da rummet er fladt. Ved indsættelse fås

(dz/dto)/H(to) = 1 + z – E(z)

Jeg finder ved indsættelse, at 1 + z – E(z) skifter fortegn ved z = 2.48, idet den er positiv for z < 2.48 og negativ for z > 2.48. Rødforskydningen z vokser for værdier under 2.48, hvorimod den aftager for værdier over.

Efterhånden som tiden går, vil det konstante led i E(z) nærme sig 1, og z vil vokse eksponentielt for flere og flere galakser.

I 1932 skrev Einstein sammen med de Sitter en artikel, som for altid skulle begrave den kosmologiske konstant. De foreslog et fladt rum med tæthedsparameteren for stof sat til 1. Hubbles parameter for et sådant Univers er givet ved H(z) = H(to)E(z) = H(to)(1+z)sqrt(1+z).

sqrt(x) er kvadratroden af x. Tidsændringen af rødforskydningen er

dz/dto = H(to)(1+z)(1 – sqrt(1+z)) < 0 for alle værdier af z.

Rødforskydningen aftager for alle galakser, så der dukker hele tide nye galakser op på grænsen af det synlige univers.

Man opdagede i 1998 uventet, at Universet accelererer i stedet for at decelerere, som forudsagt af Einstein og de Sitter. Man blev derfor tvunget til at genindføre den kosmologiske konstant. Den kosmologiske konstants massetæthed er konstant, hvorimod massetætheden i stof aftager med Universets udvidelse. Vi ender derfor med E(z) = 1 for store værdier af to. Tidsændringen af rødforskydningen bliver i dette tilfælde

dz/dto = H(to)(1 + z – E(z)) = H(to)z, hvor H(to) er en konstant H0.

dz/z = H0*dto integreres til z(to) = z0*exp(H0*to)

Rødforskydningen af galakser i et tomt Univers med en kosmologisk konstant vokser eksponentielt med observationstidspunktet to.

 

Ladet tøjr som plasmatræk

Pekka Janhunen foreslog for 12 år siden, at man kunne anvende et ladet metaltøjer til at indsamle impuls fra en naturlig plasmastrøm som solvinden eller en satellits bevægelse gennem ionosfæren. En positivt ladet metaltråd kan anvende solvinden som fremdriftsmiddel ved interplanetare rejser, hvorimod en negativt ladet tråd kan anvendes til nedtagning af en satellit i et lavt kredsløb om Jorden. Den ladede tråd tapper impuls fra plasmavinden ved elektrostatisk afbøjning af de positive ioner i det elektriske felt omkring tråden. Tråden tiltrækker frie elektroner, som neutraliserer det elektriske felt, så det kun når ud til en bestemt afstand, som vokser med trådens spænding. Tråden vejer kun 10 gram per km og producerer en kraft på ~ 0.5 mN/km ved Jordens afstand fra Solen. Hundrede 20 km lange tråde vil veje 20 kg, og de vil producere en kraft på 1 N i afstanden 1 AU fra Solen. Et sådant E-sejl ville give en rumsonde med massen 1000 kg en hastighedsændring på 30 km/s per år.

Centrifugalt stabiliseret E-sejl med en ydre cirkelformet tråd, som tillader rotationskontrol under flyvningen. De grå områder har et elektrisk felt, som afbøjer de positive ioner.
Centrifugalt stabiliseret E-sejl med en ydre cirkelformet tråd, som tillader rotationskontrol under flyvningen. De grå områder har et elektrisk felt, som afbøjer de positive ioner. Accelererede elektronstråler sørger for at holde trådene på en bestemt positiv spænding.

CubeSat testing of Coulomb drag propulsion

ABSTRACT: In Coulomb drag propulsion, a long high voltage tether or system of tethers gathers momentum from a natural plasma stream such as solar wind or ionospheric plasma ram flow. A positively polarised tether in the solar wind can be used for efficient general-purpose interplanetary propellantless propulsion (the electric solar wind sail or E-sail), whereas a negatively polarised tether in LEO can be used for efficient deorbiting of satellites (the plasma brake). Aalto-1 is a 3-U cubesat to be launched in May 2016. The satellite carries three scientific experiments including 100 m long Coulomb drag tether experiment. The tether is made of four 25 and 50 micrometre diameter aluminium wires that are ultrasonically bonded together every few centimetre intervals. The tether can be charged by an onboard voltage source up to one kilovolt positive and negative. The Coulomb drag is measured by monitoring the spin rate.

 

NASA udvikler ny ionmotor

Aerojet Rocketdyne har vundet en kontrakt om konstruktion af en kraftigere ionmotor (Hall-effect thruster), som accelererer xenon ioner gennem et kraftigt elektrisk felt for at opnå 10 gange så høj udstødningshastighed som kemiske raketter.

Above is a prototype 13-kilowatt Hall thruster during testing at NASA’s Glenn Research Center in Cleveland. This prototype demonstrated the technology readiness needed for industry to continue the development of high-power solar electric propulsion into a flight-qualified system. Credit: NASA
Above is a prototype 13-kilowatt Hall thruster during testing at NASA’s Glenn Research Center in Cleveland. This prototype demonstrated the technology readiness needed for industry to continue the development of high-power solar electric propulsion into a flight-qualified system. Credit: NASA

Hall-effect thruster

Hvorved adskiller en ionmotor sig fra et spejl, som reflekterer en laserstråle? Jeg har andet sted vist, at en laserstråle med effekten W overfører impuls til spejlet med raten dP/dt = 2*W/c, hvor c er lyshastigheden og W er effekten i Watt. Hvor meget impuls overfører ionmotoren ved et xenon forbrug på dm/dt, som udstødes med hastigheden v? Den overførte impulsrate er dP/dt = v*dm/dt. Hvilken effekt W skal der til at accelerere ionraten dm/dt til hastigheden v, som antages at være meget mindre end c? Effekten er W = ½*dm/dt*v², dvs dm/dt = 2*W/v². Ionmotoren overfører derfor impulsraten dP/dt = 2*W/v. dP/dt har den samme form som ved reflektionen af en laserstråle, men den typiske udstødningshastighed fra en ionmotor er 30 km/s, hvorimod lyshastigheden c er 300000 km/s. Ionmotoren overfører altså 10000 gange så meget impuls per Watt som en laserstråles reflektion fra et spejl. Men denne faktor er selvfølgelig ikke hele sandheden. Et spejl er meget lettere end en ionmotor, som kun omsætter ca. 50% af den elektriske effekt til ionernes kinetiske energi. Ionraketten skal også medbringe xenon som drivmiddel, samt solceller til driften af ionmotoren. Men laserfremdrift har den helt store fordel ved store hastigheder.

Jagten på Planet-9 fortsætter

Fortney og medforfattere har beregnet modeller for flere aspekter af den termiske udvikling og den atmosfæriske struktur og tilhørende spektra for den foreslåede Planet-9. De finder som andre forfattere en effektiv temperatur i området 35 – 50 K, men de advarer om, at disse værdier er øvre grænser. Atmosfæren kan meget vel have en temperatur, som får metan til at kondensere, dvs falde som “regn”. Tabet af metan vil drastisk ændre både reflektions- og emissionsspektra bort fra forventninger baseret på Uranus og Neptun.

Banen for Planet-9 vist for 100 jævnt fordelte tidsintervaller. Farven er knyttet til den forventede V-magnitude beregnet ud fra stmosfæremodeller. Den halve storakse på 700 AU er angivet ved en sort cirkel. Den mest sandsynlige placering er angivet ved det sorte punkt.
Banen for Planet-9 vist for 100 jævnt fordelte tidsintervaller. Farven er knyttet til den forventede V-magnitude beregnet ud fra atmosfæremodeller. Den halve storakse på 700 AU er angivet ved en sort cirkel. Den mest sandsynlige placering er angivet ved det sorte punkt.

Tabel 2 viser de forventede magnituder i forskellige fotometriske bånd. W1 – W4 angiver de fotometriske bånd på NASAs WISE-Mission.

Kondensation af CH4 i atmosfæren medfører, at Planet-9 forekommer blå i WISE-båndene i stedet for rød.
Kondensation af CH4 i atmosfæren medfører, at Planet-9 forekommer blå i WISE-båndene i stedet for rød.

The Hunt for Planet Nine: Atmosphere, Spectra, Evolution, and Detectability

ABSTRACT: We investigate the physical characteristics of the Solar System’s proposed Planet Nine using modeling tools with a strong heritage in studying Uranus and Neptune. For a range of plausible masses and interior structures, we find upper limits on the intrinsic Teff, from ~35-50 K for masses of 5-20 M_Earth. Possible planetary radii could readily span from 3 to 6 R_Earth depending on the mass fraction of any H/He envelope. We model the atmospheric temperature structure and spectra. Given its cold temperature, the planet encounters significant methane condensation, which dramatically alters the atmosphere away from simple Neptune-like expectations. We find the atmosphere is strongly depleted in molecular absorption at visible wavelengths, suggesting a Rayleigh scattering atmosphere with a high geometric albedo of 0.75. We highlight two diagnostics for the atmosphere’s temperature structure, the first being the value of the methane mixing ratio above the methane cloud. The second is the wavelength at which cloud scattering can be seen, which yields the cloud-top pressure. Surface reflection may be seen if the atmosphere is thin. Due to collision-induced opacity of H2 in the infrared, the planet would be extremely blue (instead of red) in the shortest wavelength WISE colors if methane is depleted, and would, in some cases, exist on the verge of detectability by WISE. For a range of models, thermal fluxes from ~3-5 microns are ~20 orders of magnitude larger than blackbody expectations. We report a search of the AllWISE Source Catalog for Planet Nine, but find no detection.

 

Makemake har en måne

Det er åbenbart ret almindeligt, at dværgplaneter i Kuiper-bæltet har måner.

Til højre vises kombinerede billeder fra den 27. april minus kombinerede billeder fra den 29. april.
Til højre vises kombinerede billeder fra den 27. april minus kombinerede billeder fra den 29. april.

Discovery of a Makemakean Moon

ABSTRACT: We describe the discovery of a satellite in orbit about the dwarf planet (136472) Makemake. This satellite, provisionally designated S/2015 (136472) 1, was detected in imaging data collected with the Hubble Space Telescope’s Wide Field Camera 3 on UTC April 27, 2015 at 7.80+-0.04 magnitudes fainter than Makemake. It likely evaded detection in previous satellite searches due to a nearly edge-on orbital configuration, placing it deep within the glare of Makemake during a substantial fraction of its orbital period. This configuration would place Makemake and its satellite near a mutual event season. Insufficient orbital motion was detected to make a detailed characterization of its orbital properties, prohibiting a measurement of the system mass with the discovery data alone. Preliminary analysis indicates that if the orbit is circular, its orbital period must be longer than 12.4 days, and must have a semi-major axis > 21,000 km. We find that the properties of Makemake’s moon suggest that the majority of the dark material detected in the system by thermal observations may not reside on the surface of Makemake, but may instead be attributable to S/2015 (136472) 1 having a uniform dark surface. This “dark moon hypothesis” can be directly tested with future JWST observations. We discuss the implications of this discovery for the spin state, figure, and thermal properties of Makemake and the apparent ubiquity of trans-Neptunian dwarf planet satellites.

 

MICROSCOPE er opsendt

MICROSCOPE skal teste det svage ækvivalensprincip i rummet.

I den newtonske mekanik er tyngdekraften på gravitationsmassen m givet ved F = mg, hvor g er tyngdefeltet. Accelerationen af inertimassen m er givet ved a = F/m. Inspireret af Galileis faldforsøg sættes gravitationsmassen lig med inertimassen, så alle legemer falder med accelerationen g.  Med Einsteins specielle relativitetsteori har alt ændret sig. Et legemes inertimasse er lig m = E/c², hvor E er legemets totale energi. Den elektriske kraft på en ladning q er F = qE, hvor E er det elektriske felt. q er en skalar, som er uafhængig af ladningens hastighed. Hvad skal man så indsætte som den gravitationelle masse: inertimassen eller hvilemassen? Einstein valgte i 1907 at basere sin nye gravitationsteori på Eötvös‘ eksperiment, idet han valgte at sætte gravitationsmassen lig inertimassen, så alle legemer falder med samme acceleration uafhængigt af deres sammensætning. Dette kaldes det svage ækvivalensprincip. Afvigelser fra det svage ækvivalensprincip angives ved Eötvös’ parameter

A og B er to legemer i det samme gravitationsfelt. mg er gravitationsmassen og mi er inertimassen.
A og B er to legemer i det samme gravitationsfelt. mg er gravitationsmassen og mi er inertimassen.
Test af det svage ækvivalensprincip gennem det 20. århundrede. Pilen nede til højre viser forventningerne til MICROSCOPE.
Test af det svage ækvivalensprincip gennem det 20. århundrede. Pilen nede til højre viser forventningerne til MICROSCOPE.

MICROSCOPE vil sammenligne accelerationen af to fritfaldende testmasser i Jordens tyngdefelt. Hertil anvendes to ultrafølsomme elektrostatiske differentialaccelerometre. Hvert accelerometer består af to coaxiale cylindriske testmasser, hvis relative bevægelse er elektrostatiskt begrænset. Testmasserne i det ene accelerometer er lavet af det samme materiale for at bestemme eksperimentets nøjagtighed; de er lavet af forskellige materialer i det andet accelerometer, som anvendes til at teste ækvivalensprincippet. Forskellen i det elektrostatiske potential, som kræves for at holde masserne i ligevægt, er et mål for forskellen i testmassernes acceleration.

Et brud på ækvivalensprincippet er påvist, hvis de to testmasser udsættes for forskellige accelerationer (røde pile) under satellittens bane omkring Jorden. De sorte pile viser retningen for instrumentets følsomhed.
Et brud på ækvivalensprincippet er påvist, hvis de to testmasser udsættes for forskellige accelerationer (røde pile) under satellittens bane omkring Jorden. De sorte pile viser retningen for instrumentets følsomhed.

Nogle af de teorier, som er blevet udviklet for at forklare Universets accelererende ekspansion, eller for at forene kvantefysik med gravitationen, forudsiger et brud på ækvivalensprincippet i området 10⁻¹⁸ < eta < 10⁻¹³. Instrumentet er i stand til at måle eta ned til ~10⁻¹⁵.

The Microscope satellite’s instrument, developed by the French national aerospace research lab ONERA, will be turned on May 2 for testing. The test masses are due to be released from their launch cages the same day. Two months of testing is needed before researchers begin taking measurements. Scientists said the first results should be available in January 2017.

Artist’s concept of the Microscope spacecraft in orbit. Credit: CNES
Artist’s concept of the Microscope spacecraft in orbit. Credit: CNES

Status of MICROSCOPE, a mission to test the Equivalence Principle in space

ABSTRACT: MICROSCOPE is a French Space Agency mission that aims to test the Weak Equivalence Principle in space down to an accuracy of 10⁻¹⁵. This is two orders of magnitude better than the current constraints, which will allow us to test General Relativity as well as theories beyond General Relativity which predict a possible Weak Equivalence Principle violation below 10⁻¹³. In this communication, we describe the MICROSCOPE mission, its measurement principle and instrument, and we give an update on its status. After a successful instrument’s commissioning, MICROSCOPE is on track for on-schedule launch, expected in 2016.

 

Ribose fra interstellar is af vand, metanol og ammoniak

DNA er den genetiske kildetekst bag alle kendte levende organismer. Man mener imidlertid, at DNA har udviklet sig fra en oprindelig verden af ribonucleic acid  RNA. Ribose er den centrale molekylære enhed i RNA, men den præbiologiske oprindelse af ribose er fortsat ukendt. Cornelia Meinert og medforfattere har udført et laboratorieeksperiment baseret på den antagelse, at planetesimaler (asteroider og kometer) blev dannet i sol-tågen ved samling af isholdige korn, som allerede var til stede i den molekylsky, hvoraf Solen blev dannet. Disse støvpartikler består af silikatkorn med en iskappe af H2O, CH3OH og NH3. De isholdige korn udsættes for ultraviolet stråling både før og efter dannelsen af den protoplanetære gasskive omkring den nydannede Sol. Forfatterne simulerede denne proces i laboratoriet ved lav temperatur (T = 78 K) og lavt tryk (P = 10⁻⁷ mbar). Molekylerne H2O, CH3OH og NH3, i forholdet 10:3.5:1, blev kondenseret på en kold overflade under bestråling med ultraviolette fotoner. De blev efterfølgende opvarmet til stuetemperatur under dannelse af en organisk rest, som blev analyseret med et multidimensionalt gaskromatometer.

Multidimensional gaskromatogram, som viser ribose og andre monosakkarider i den organiske rest efter UV-belysning af en interstellar isblanding.
Multidimensional gaskromatogram, som viser ribose og andre monosakkarider i den organiske rest efter UV-belysning af en interstellar isblanding.

Disse resultater antyder, at frembringelsen af mange sukkermolekyler, herunder ribose, er mulig i de senere stadier af sol-tågens udvikling. Forfatternes detektion af ribose giver en plausibel insigt i de kemiske processer, som kan føre til dannelsen af biologisk relevante molekyler i de tidlige stadier af Solsystemets dannelse.

Ribose and related sugars from ultraviolet irradiation of interstellar ice analogs

Making ribose in interstellar ices

Astrobiologists have long speculated on the origin of prebiotic molecules such as amino acids and sugars. Meinert et al. demonstrated that numerous prebiotic molecules can be formed in an interstellar-analog sample containing a mixture of simple ices of water, methanol, and ammonia. They irradiated the sample with ultraviolet light under conditions similar to those expected during the formation of the solar system. This yielded a wide variety of sugars, including ribose—a major constituent of ribonucleic acid (RNA).

ABSTRACT: Ribose is the central molecular subunit in RNA, but the prebiotic origin of ribose remains unknown. We observed the formation of substantial quantities of ribose and a diversity of structurally related sugar molecules such as arabinose, xylose, and lyxose in the room-temperature organic residues of photo-processed interstellar ice analogs initially composed of H2O, CH3OH, and NH3. Our results suggest that the generation of numerous sugar molecules, including the aldopentose ribose, may be possible from photochemical and thermal treatment of cosmic ices in the late stages of the solar nebula. Our detection of ribose provides plausible insights into the chemical processes that could lead to formation of biologically relevant molecules in suitable planetary environments.

 

Hvordan Antarktika blev dækket af is

For omkring 34 millioner år siden begyndte Jordens overfladetemperatur at falde, og et isdække begyndte at dannes på det antarktiske kontinent i takt med, at CO2-koncentrationen i atmosfæren faldt under ~750 ppm (parts per million). Periodiske aflejringer i en borekerne giver direkte tegn på istidsperioder kontrolleret af jordbanevariationer for mellem 34 millioner og 31 millioner år siden. I begyndelsen, da CO2-niveauet var over 600 ppm, var et mindre isdække, begrænset til de indre dele af kontinentet, i høj grad styret af den lokale solindstråling. Et mere kontinentalt isdække, dannedes først for ~32.8 millioner år siden, da det atmosfæriske CO2-niveau var faldet ned under ~600 ppm. Man mener, at faldet i atmosfærens indhold af CO2 blev startet ved, at kontinentaldriften åbnede for en havstrøm mellem Antarktika og Australien, som vist på denne figur.

Et grønt Antarktika for 34 millioner år siden. Det antarktiske isdække var stadig lille, men på nippet til at ekspandere.
Et grønt Antarktika for 34 millioner år siden. Det antarktiske isdække var stadig lille, men på nippet til at ekspandere.

Artiklen giver ny indsigt i mulighederne for, at det antarktiske isdække kan optræde som en tærskelfunktion for klimaudviklingen. Artiklen har derfor direkte betydning for det antarktiske isdækkes følsomhed over for atmosfæriske CO2-koncentrationer over de nuværende niveauer. Det er værd at bemærke, at udbredelsen af det nuværende antarktiske isdække fik vandstanden i havene til at falde ~70 meter. Jeg vil minde om stigningen i den atmosfæriske CO2-koncentration gennem de seneste 60 år.

Man kan selv regne sig frem til, hvornår afsmeltningen begynder, hvis kurven fortsætter som hidtil.
Man kan selv regne sig frem til, hvornår afsmeltningen begynder, hvis kurven fortsætter som hidtil.

Antarctic Ice Sheet variability across the Eocene-Oligocene boundary climate transition

ABSTRACT: About 34 million years ago (Ma) Earth’s climate cooled and an ice sheet formed on Antarctica as atmospheric CO2 fell below ~750 ppm. Sedimentary cycles from a drill core in western Ross Sea provide the first direct evidence of orbitally-controlled glacial cycles between 34–31 Ma. Initially, under atmospheric CO2 levels ≥ 600 ppm, a smaller Antarctic Ice Sheet, (AIS) restricted to the terrestrial continent, was highly responsive to local insolation forcing. A more stable, continental-scale ice sheet calving at the coastline, did not form until ~32.8 Ma coincident with the first time atmospheric CO2 levels fell below ~600 ppm. Our results provide new insights into the potential of the AIS for threshold behavior, and its sensitivity to atmospheric CO2 concentrations above present day levels.

 

Dannelsen af Planet-9

Korrelationer mellem baneparametrene for adskillige småplaneter i den ydre del af Solsystemet antyder eksistensen af en fjern massiv niende planet, som har fået navnet Planet Nine. Med en masse på mindst 10 jordmasser og en perihelafstand på den anden side af 100 AU udgør denne planet en udfordring for planetdannelsesteorier. Bromley & Kenyon har udviklet et hændelsesforløb, hvor planeten blev dannet meget tættere på Solen, og efterfølgende spredt ind i en meget langstragt bane af Jupiter eller Saturn. Tidligere beregninger over gaskæmpernes dannelse har demonstreret, at de voksende gaskæmper har tømt deres baneområder ved at sprede mindre massive planeter til store afstande. De spredte planeter vil helt udskydes af Solsystemet, hvis fladetætheden for den protoplanetare gasskive i store afstande er lille. Hvis de ydre dele af gasskiven derimod har store fladetætheder, vil den dynamiske friktion med gassen dæmpe en spredt planet til en lavere excentricitet. Forfatterne undersøger denne mulighed ved anvendelse af et sæt numeriske simuleringer. Spredte minigaskæmper kan ende i en række forskellige baner med perihelafstande så store som 300 AU afhængigt af, hvordan gasskiven udvikler sig.

Simuleringer af baneudviklingen for spredte planeter i en gasskive. Kurven viser udviklingen af den halve storakse (a) og excentriciteten (e) for 4 planeter over en periode på 100 millioner år. Alle 4 planeter følger den samme kurve mod mindre værdier for a og e. Cirklerne viser, hvor langt de er nået efter 100 millioner år.
Simuleringer af baneudviklingen for spredte planeter i en gasskive. Kurven viser udviklingen af den halve storakse (a) og excentriciteten (e) for 4 planeter over en periode på 100 millioner år. Alle 4 planeter følger den samme kurve mod mindre værdier for a og e. Cirklerne viser, hvor langt de er nået efter 100 millioner år. Planeternes masser er angivet ud for de fyldte cirkler.

Making Planet Nine: A Scattered Giant in the Outer Solar System

ABSTRACT: Correlations in the orbits of several minor planets in the outer solar system suggest the presence of a remote, massive Planet Nine. With at least ten times the mass of the Earth and a perihelion well beyond 100 AU, Planet Nine poses a challenge to planet formation theory. Here we expand on a scenario in which the planet formed closer to the Sun and was gravitationally scattered by Jupiter or Saturn onto a very eccentric orbit in an extended gaseous disk. Dynamical friction with the gas then allowed the planet to settle in the outer solar system. We explore this possibility with a set of numerical simulations. Depending on how the gas disk evolves, scattered super-Earths or small gas giants settle on a range of orbits, with perihelion distances as large as 300 AU. Massive disks that clear from the inside out on million-year time scales yield orbits that allow a super-Earth or gas giant to shepherd the minor planets as observed. A massive planet can achieve a similar orbit in a persistent, low-mass disk over the lifetime of the solar system.

 

Er Planet-9 den gode hyrde?

Opdagelsen af 2012 VP113 har fået astronomer til at erkende, at de fleste ekstreme transneptunske objekter (ETNO) med den halve storakse større end 150 AU og en perihelafstand større end 30 AU udviser en usædvanlig banefordeling i rummet. Batygin & Brown har forudsagt eksistensen af en massiv Planet-9 som årsag til sammenhobningen af perihelretningen for 6 ETNOer. Batygin & Brown udførte numeriske beregninger for 13 ETNOer med perturbationer fra Solsystemets mest massive planeter. Disse beregninger fik dem til at udvælge disse 6 objekter som stort set upåvirkede af Neptun: Sedna, 2004 VN112, 2007 TG422, 2010 GB174, 2012 VP113 og 2013 RF98. De 6 objekters baner blev anvendt til at fastlægge den optimale bane for Planet-9. Der blev ikke gjort noget forsøg på at bekræfte, at de 6 objekters baner var upåvirkede af Neptun sammen med tilstedeværelsen af Planet-9. Det er velkendt, at planeternes bevægelse i Solsystemet er kaotiske. Nøjagtige baneberegninger ud over nogle få gange 10 millioner år er ikke mulig. Omfattende computerberegninger har vist, at Solsystemet befinder sig i en tilstand af marginal stabilitet. Carlos de la Fuente Marcos, Raul de la Fuente Marcos og Sverre Aarseth mener, at hypotesen om Planet-9 bør undersøges gennem detaljerede numeriske eksperimenter. Sådan en undersøgelse kan forbedre forståelsen af de dynamiske effekter af en sådan hypotetisk planet på de ekstreme transneptune objekter og måske bidrage med yderligere bånd på Planet-9. Forfatterne præsenterer resultaterne fra numeriske beregninger, som inkluderer de 6 ETNOer, Planet-9, Neptun, Uranus, Saturn og Jupiter. De nuværende baner for de 6 ETNOer regnes tilbage og frem i tiden for at undersøge, om baneelementerne forbliver inden for nogle velafgrænsede områder. De finder, at en nominel Planet-9 holder banerne for Sedna og 2012 VP113 relativt afgrænsede i hundreder af millioner år, men den kan gøre banerne for 2004 VN112, 2007 TG422 og 2013 RF98 meget ustabile over en tidsskala på nogle dusiner af millioner år, så de til slut kan slynges ud af Solsystemet. En mere stabil baneudvikling opnås, hvis banen for Planet-9 ændres lidt.

Dynamical impact of the Planet Nine scenario: N-body experiments

ABSTRACT: The Planet Nine hypothesis has now enough constraints to deserve further attention in the form of detailed numerical experiments. The results of such studies can help us improve our understanding of the dynamical effects of such a hypothetical object on the extreme trans-Neptunian objects or ETNOs and perhaps provide additional constraints on the orbit of Planet Nine itself. Here, we present the results of direct N-body calculations including the latest data available on the Planet Nine conjecture. The present-day orbits of the six ETNOs originally linked to the hypothesis are evolved backwards in time and into the future under some plausible incarnations of the hypothesis to investigate if the values of several orbital elements, including the argument of perihelion, remain confined to relatively narrow ranges. We find that a nominal Planet Nine can keep the orbits of (90377) Sedna and 2012 VP113 relatively well confined in orbital parameter space for hundreds of Myr, but it may make the orbits of 2004 VN112, 2007 TG422 and 2013 RF98 very unstable on time-scales of dozens of Myr, turning them retrograde and eventually triggering their ejection from the Solar system. Far more stable orbital evolution is found with slightly modified orbits for Planet Nine.