Orbital resonance – den slående gravitationsdansen som utförs av planeter med inriktade banor

Planeter kretsar runt sina moderstjärnor på enorma avstånd – i vårt solsystem är planeter som sandkorn i en region lika stor som en fotbollsplan. Den tid det tar för planeter att kretsa runt sin sol har inget specifikt förhållande till varandra.

Men ibland uppvisar deras banor slående mönster. Till exempel har astronomer som studerar sex planeter som kretsar runt en stjärna 100 ljusår bort just upptäckt att de kretsar runt sin stjärna med ett nästan rytmiskt slag och i perfekt synkronisering. Varje planetpar fullbordar sina banor i gånger lika med förhållandet mellan heltal, vilket gör att planeterna kan rikta in sig och utöva ett gravitationstryck och dra på den andra under sin omloppsbana.

Denna typ av gravitationsinriktning kallas orbital resonans och är som harmoni mellan avlägsna planeter.

Jag är en astronom som studerar och skriver om kosmologi. Forskare har upptäckt över 5 600 exoplaneter under de senaste 30 åren, och deras extraordinära mångfald fortsätter att överraska astronomer.

Harmoni av sfärerna

Den grekiske matematikern Pythagoras upptäckte principerna för musikalisk harmoni för 2 500 år sedan genom att analysera ljudet av smedshammare och plockade strängar.

Han trodde att matematiken var i hjärtat av den naturliga världen och föreslog att solen, månen och planeterna var och en avger ett unikt brum på grund av deras orbitala egenskaper. Han trodde att denna “sfärernas musik” var omärklig för det mänskliga örat.

För fyrahundra år sedan tog Johannes Kepler upp denna idé. Han föreslog att musikaliska intervaller och harmonier beskrev rörelserna hos de sex planeter som var kända vid den tiden.

För Kepler hade solsystemet två basar, Jupiter och Saturnus; en tenor, Mars; två altister, Venus och Jorden; och en sopran, Mercury. Dessa roller speglade hur lång tid det tog för varje planet att kretsa runt solen, lägre hastigheter för de yttre planeterna och högre hastigheter för de inre planeterna.

Han kallade boken han skrev om dessa matematiska relationer “Världens harmoni.” Även om dessa idéer delar vissa likheter med begreppet orbital resonans, producerar planeter faktiskt inte ljud eftersom ljud inte kan fortplanta sig genom rymdens vakuum.

Orbital resonans

Resonans uppstår när planeter eller månar har omloppsperioder som är förhållandet mellan heltal. Omloppsperioden är den tid det tar för en planet att helt kretsa runt stjärnan. Till exempel skulle två planeter som kretsar runt en stjärna ha en 2:1-resonans om en planet tog dubbelt så lång tid som den andra att kretsa runt stjärnan. Resonans observeras i endast 5% av planetsystem.

Orbital resonans, som ses i Jupiters månar, uppstår när planetkropparnas banor är inriktade - till exempel kretsar Io om Jupiter fyra gånger under den tid det tar Europa att genomföra två omlopp och Ganymedes att slutföra en omloppsbana.  <a href=WolfmanSF/Wikimedia Commons” data-src=”https://s.yimg.com/ny/api/res/1.2/a2MH_ZwWnrJuHDnvcAIt2w–/YXBwaWQ9aGlnaGxhbmRlcjt3PTk2MA–/https://images.theconversation.com/files/5716/5716/files/5716 20240126-17-ofefj2.gif?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1440&fit=clip”/>Orbital resonans, som ses i Jupiters månar, uppstår när planetkropparnas banor är inriktade - till exempel kretsar Io om Jupiter fyra gånger under den tid det tar Europa att genomföra två omlopp och Ganymedes att slutföra en omloppsbana.  <a href=

I solsystemet befinner sig Neptunus och Pluto i en 3:2-resonans. Det finns också en trippelresonans, 4:2:1, mellan Jupiters tre månar Ganymedes, Europa och Io. Under den tid det tar Ganymedes att kretsa runt Jupiter, kretsar Europa två gånger och Io fyra gånger. Resonanser uppstår naturligt när planeter har omloppsperioder som representerar förhållandet mellan heltal.

Musikintervall beskriver förhållandet mellan två musikaliska toner. I musikalisk analogi är viktiga musikaliska intervall baserade på frekvensförhållanden den fjärde 4:3, den femte 3:2 och oktaven 2:1. Alla som spelar gitarr eller piano borde känna till dessa intervaller.

Orbitala resonanser kan förändra hur gravitationen påverkar två kroppar, vilket får dem att påskynda eller sakta ner, stabilisera sig i sin omloppsbana och ibland få sina banor avbrutna.

Föreställ dig att skjuta ett barn på en gunga. Både en planet och en gunga har en naturlig frekvens. Ge barnet en knuff motsvarande gungrörelsen så får han en knuff. Du kommer också att få ett uppsving om du knuffar dem varannan gång de är i den här positionen, eller var tredje gång. Men knuffa dem vid slumpmässiga tillfällen, ibland med gungans rörelse och ibland mot den, och de får ingen knuff.

För planeter kan dragkraften få dem att fortsätta i sina banor, men det är mycket mer sannolikt att störa deras banor.

Exoplanetresonans

Exoplaneter, eller planeter utanför solsystemet, visar imponerande exempel på resonans, inte bara mellan två objekt, utan också mellan resonans “kedjor” som involverar tre eller flera objekt.


Art & Science Collide-serien.

Art & Science Collide-serien.

Den här artikeln är en del av Art & Science Collideen serie som utforskar skärningspunkterna mellan konst och vetenskap.

Du kanske är intresserad av:

Litteratur inspirerade min medicinska karriär: Varför humaniora behövs i vården

Jag skrev en pjäs för barn om att integrera konst i STEM-fält – här är vad jag lärde mig om tvärvetenskapligt tänkande

Bilder har lärt läkare om medicin i århundraden – en medicinsk illustratör förklarar hur


Stjärnan Gliese 876 har tre planeter med ett omloppsperiodförhållande på 4:2:1, precis som Jupiters tre månar. Kepler 223 har fyra planeter med förhållandet 8:6:4:3.

Den röda dvärgen Kepler 80 har fem planeter med förhållandena 9:6:4:3:2 och TOI 178 har sex planeter, varav fem ligger i en resonanskedja med förhållandena 18:9:6:4:3.

TRAPPIST-1 är rekordhållare. Det finns sju jordliknande planeter, varav två kan vara beboeliga, med omloppsförhållanden på 24:15:9:6:4:3:2.

Det senaste exemplet på en resonanskedja är systemet HD 110067. Det är cirka 100 ljusår bort och har sex sub-Neptunus planeter, en vanlig typ av exoplanet, med omloppsförhållanden på 54:36:24:16:12: 9. Upptäckten är intressant eftersom de flesta resonanskedjor är instabila och försvinner med tiden.

Trots dessa exempel är resonanskedjor sällsynta och endast 1% av alla planetsystem uppvisar dem. Astronomer tror att planeter bildas i resonans, men små gravitationsstötar från passerande stjärnor och vandrande planeter tar bort resonansen med tiden. På HD 110067 har resonanskedjan överlevt i miljarder år, vilket ger en sällsynt och orörd bild av systemet som det var när det bildades.

Orbit sonifiering

Astronomer använder en teknik som kallas sonifiering för att översätta komplexa visuella data till ljud. Det ger människor ett annat sätt att njuta av de vackra bilderna från rymdteleskopet Hubble, och det har tillämpats på röntgendata och gravitationsvågor.

För exoplaneter kan sonifiering förmedla de matematiska sambanden mellan deras banor. Astronomer vid European Southern Observatory skapade vad de kallar “sfärmusik” för TOI 178-systemet genom att tilldela var och en av de fem planeterna ett ljud på en pentatonisk skala.

En liknande musikalisk översättning utfördes för TRAPPIST-1-systemet, som skalade omloppsfrekvenserna med en faktor på 212 miljoner för att få dem in i det hörbara området.

Astronomer har också skapat en sonifiering för HD 110067-systemet. Det kan råda oenighet om huruvida dessa tolkningar låter som riktig musik, men det är inspirerande att se Pythagoras idéer förverkligas efter 2 500 år.

Den här artikeln återpublicerades från The Conversation, en ideell, oberoende nyhetsorganisation som ger dig fakta och analyser för att hjälpa dig förstå vår komplexa värld.

Det skrevs av: Chris Impey, University of Arizona.

Läs mer:

Chris Impey får finansiering från National Science Foundation.

Leave a Reply

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