تدور الكواكب حول نجومها الأم بينما تفصل بينها مسافات هائلة – في نظامنا الشمسي، تشبه الكواكب حبات الرمل في منطقة بحجم ملعب كرة قدم. الوقت الذي تستغرقه الكواكب للدوران حول شموسها ليس له علاقة محددة ببعضها البعض.
لكن في بعض الأحيان، تظهر مداراتها أنماطًا مذهلة. على سبيل المثال، اكتشف علماء الفلك الذين يدرسون ستة كواكب تدور حول نجم يبعد 100 سنة ضوئية أنها تدور حول نجمها بإيقاع شبه إيقاعي، في تزامن مثالي. يكمل كل زوج من الكواكب مداراته في الأوقات التي تمثل نسب الأعداد الصحيحة، مما يسمح للكواكب بالمحاذاة وممارسة دفع وسحب الجاذبية على الآخر أثناء مدارهم.
يُسمى هذا النوع من محاذاة الجاذبية بالرنين المداري، وهو يشبه الانسجام بين الكواكب البعيدة.
أنا عالم فلك يدرس ويكتب عن علم الكونيات. اكتشف الباحثون أكثر من 5600 كوكب خارج المجموعة الشمسية في الثلاثين عامًا الماضية، ولا يزال تنوعها الاستثنائي يفاجئ علماء الفلك.
انسجام المجالات
اكتشف عالم الرياضيات اليوناني فيثاغورس مبادئ التناغم الموسيقي قبل 2500 عام من خلال تحليل أصوات مطارق الحدادين والأوتار الممزقة.
كان يعتقد أن الرياضيات هي قلب العالم الطبيعي، واقترح أن تصدر كل من الشمس والقمر والكواكب طنينًا فريدًا بناءً على خصائصها المدارية. لقد اعتقد أن “موسيقى الأفلاك” هذه لن تكون محسوسة للأذن البشرية.
قبل أربعمائة عام، التقط يوهانس كيبلر هذه الفكرة. واقترح أن الفواصل الموسيقية والتناغمات تصف حركات الكواكب الستة المعروفة في ذلك الوقت.
بالنسبة لكيبلر، كان النظام الشمسي يحتوي على باصين، المشتري وزحل؛ تينور المريخ. اثنان ألتو، كوكب الزهرة والأرض؛ والسوبرانو ميركوري. تعكس هذه الأدوار المدة التي يستغرقها كل كوكب للدوران حول الشمس، والسرعات المنخفضة للكواكب الخارجية والسرعات الأعلى للكواكب الداخلية.
وقد أطلق على الكتاب الذي كتبه عن هذه العلاقات الرياضية اسم “تناغم العالم”. في حين أن هذه الأفكار لديها بعض أوجه التشابه مع مفهوم الرنين المداري، فإن الكواكب لا تصدر أصواتًا في الواقع، لأن الصوت لا يمكنه الانتقال عبر فراغ الفضاء.
الرنين المداري
يحدث الرنين عندما يكون للكواكب أو الأقمار فترات مدارية عبارة عن نسب من الأعداد الصحيحة. الفترة المدارية هي الوقت الذي يستغرقه الكوكب لتكوين دورة كاملة حول النجم. لذلك، على سبيل المثال، كوكبان يدوران حول نجم سيكونان في رنين 2:1 عندما يستغرق أحد الكواكب ضعف الوقت الذي يستغرقه الآخر للدوران حول النجم. يظهر الرنين في 5% فقط من أنظمة الكواكب.
في النظام الشمسي، يكون نبتون وبلوتو في حالة رنين 3:2. هناك أيضًا رنين ثلاثي، 4:2:1، بين أقمار المشتري الثلاثة: جانيميد، يوروبا، وآيو. في الوقت الذي يستغرقه جانيميد للدوران حول كوكب المشتري، يدور أوروبا مرتين ويدور آيو أربع مرات. تحدث الرنينات بشكل طبيعي، عندما يكون للكواكب فترات مدارية هي نسبة الأعداد الصحيحة.
تصف الفواصل الموسيقية العلاقة بين نوتتين موسيقيتين. في التشبيه الموسيقي، الفواصل الموسيقية المهمة بناءً على نسب الترددات هي الرابعة، 4:3، الخامسة، 3:2، والأوكتاف، 2:1. يمكن لأي شخص يعزف على الجيتار أو البيانو أن يتعرف على هذه الفواصل الزمنية.
يمكن أن يغير الرنين المداري كيفية تأثير الجاذبية على جسمين، مما يؤدي إلى تسريعهما وإبطائهما واستقرارهما في مسارهما المداري، وفي بعض الأحيان تتعطل مداراتهما.
فكر في دفع طفل على الأرجوحة. الكوكب والأرجوحة لهما تردد طبيعي. امنح الطفل دفعة تتوافق مع حركة التأرجح وسيحصل على دفعة. سيحصلون أيضًا على دفعة إذا قمت بدفعهم في كل مرة يكونون فيها في هذا الوضع، أو كل مرة ثالثة. لكن ادفعهم في أوقات عشوائية، أحيانًا مع حركة التأرجح وأحيانًا ضدها، ولن يحصلوا على أي دفعة.
بالنسبة للكواكب، يمكن أن يبقيها التعزيز مستمرًا في مساراتها المدارية، ولكن من المرجح أن يؤدي ذلك إلى تعطيل مداراتها.
رنين الكواكب الخارجية
تُظهر الكواكب الخارجية، أو الكواكب الموجودة خارج النظام الشمسي، أمثلة مذهلة على الرنين، ليس فقط بين جسمين ولكن أيضًا بين “سلاسل” الرنين التي تتضمن ثلاثة أجسام أو أكثر.
هذه المقالة جزء من تصادم الفن والعلوم، سلسلة تبحث في التقاطعات بين الفن والعلم.
قد تكون مهتمًا بـ:
ألهم الأدب مسيرتي الطبية: لماذا هناك حاجة إلى العلوم الإنسانية في الرعاية الصحية
لقد كتبت مسرحية للأطفال حول دمج الفنون في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات – وإليك ما تعلمته عن التفكير متعدد التخصصات
لقد كانت الصور تعلم الأطباء الطب لعدة قرون – ويشرح أحد الرسامين الطبيين كيفية ذلك
يمتلك النجم Gliese 876 ثلاثة كواكب ذات فترات مدارية تبلغ 4:2:1، تمامًا مثل أقمار المشتري الثلاثة. يحتوي كيبلر 223 على أربعة كواكب بنسب 8:6:4:3.
القزم الأحمر كيبلر 80 لديه خمسة كواكب بنسب 9:6:4:3:2، وTOI 178 لديه ستة كواكب، خمسة منها في سلسلة رنانة بنسب 18:9:6:4:3.
TRAPPIST-1 هو صاحب الرقم القياسي. لديه سبعة كواكب شبيهة بالأرض، اثنان منها قد يكونان صالحين للسكن، بنسب مدارية تبلغ 24:15:9:6:4:3:2.
أحدث مثال على سلسلة الرنين هو نظام HD 110067. يبعد حوالي 100 سنة ضوئية، ويحتوي على ستة كواكب فرعية نبتون، وهو نوع شائع من الكواكب الخارجية، بنسب مدارية تبلغ 54:36:24:16:12:9. وهذا الاكتشاف مثير للاهتمام لأن معظم سلاسل الرنين غير مستقرة وتختفي مع مرور الوقت.
على الرغم من هذه الأمثلة، فإن السلاسل الرنانة نادرة، ولا يعرضها سوى 1% فقط من جميع أنظمة الكواكب. يعتقد علماء الفلك أن الكواكب تتشكل عن طريق الرنين، لكن دفعات الجاذبية الصغيرة من النجوم العابرة والكواكب المتجولة تمحو الرنين بمرور الوقت. مع HD 110067، نجت السلسلة الرنانة لمليارات السنين، مما يوفر رؤية نادرة وأصلية للنظام كما كان عند تشكله.
صوتنة المدار
يستخدم علماء الفلك تقنية تسمى الصوتنة لترجمة البيانات المرئية المعقدة إلى صوت. فهو يمنح الناس طريقة مختلفة لتقدير الصور الجميلة التي يلتقطها تلسكوب هابل الفضائي، وقد تم تطبيقها على بيانات الأشعة السينية وموجات الجاذبية.
مع الكواكب الخارجية، يمكن للصوتنة أن تنقل العلاقات الرياضية لمداراتها. ابتكر علماء الفلك في المرصد الأوروبي الجنوبي ما يسمونه “موسيقى المجالات” لنظام TOI 178 من خلال ربط صوت على المقياس الخماسي بكل كوكب من الكواكب الخمسة.
تم إجراء ترجمة موسيقية مماثلة لنظام ترابيست-1، مع زيادة الترددات المدارية بمعامل 212 مليون لجعلها في نطاق مسموع.
قام علماء الفلك أيضًا بإنشاء صوتنة لنظام HD 110067. قد لا يتفق الناس على ما إذا كانت هذه الأداءات تبدو وكأنها موسيقى حقيقية، ولكن من الملهم رؤية أفكار فيثاغورس تتحقق بعد 2500 عام.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: كريس إمبي، جامعة أريزونا.
اقرأ أكثر:
يتلقى كريس إمبي تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم.