Tom II

5.4. Reguła Titiusa-Bodego - temat nadobowiązkowy

Johann Titius, fizyk urodzony (w XVIII w.) w Chojnicach na Pomorzu, wydedukował, korzystając z prawa grawitacji, że średnie odległości R planet od Słońca (wyrażone w AU – jednostkach astronomicznych) dla Merkurego i kolejnych planet, aż do Saturna włącznie, spełniają warunek:

R = 0,4 + 0,3 m
( 5.21 )

gdzie m przybiera wartości 0, 1, 2, 4, 8, 16, 32 (reguła ta jest zwana regułą Titiusa-Bodego). Warto zauważyć, że z wyjątkiem zera wszystkie pozostałe liczby są potęgami liczby 2, i tak:

1 = 2 0 , 2 = 2 1 , 4 = 2 2 , 8 = 2 3 , 16 = 2 4 , 32 = 2 5
( 5.22 )

Titius sprawdził swoją formułę tylko dla planet, które w owym czasie były znane – patrz tabela na il. 5.12.

Tabela – reguła Titiusa-Bodego
 Ilustracja 5.12. Tabela – reguła Titiusa-Bodego
Średnia odległość R wyrażona jest w jednostkach astronomicznych

Okazało się, że formuła ta jest prawdziwa z zupełnie dobrą dokładnością, dla wszystkich znanych w owym czasie planet. Brakowało jednak planety odpowiadającej liczbie m = 8 , planety, której orbita powinna się znajdować między orbitami Marsa i Jowisza w odległości 2,8 AU od Słońca. Dopiero w XIX i XX wieku odkryto wiele drobnych ciał, tzw. planetoid, mających właśnie orbity o średnich promieniach zbliżonych do wartości 2,8 AU. Wiele obecnych danych obserwacyjnych świadczy o tym, że planetoidy te są prawdopodobnie pozostałością po rozbitej planecie, która miała tam swoją orbitę.

A co z pozostałymi planetami i innymi ciałami niebieskimi, które odkryto później – Uranem, Neptunem i Plutonem (24 sierpnia 2006 r. Międzynarodowa Unia Astronomiczna odebrała Plutonowi status planety i zaliczyła do tzw. planet karłowatych)?

Uzupełnimy tabelę, korzystając z następujących liczb dla:

Urana m = 2 8 = 64

Plutona m = 2 9 = 128

(nie uwzględniamy Neptuna, który ma nietypową orbitę).

Tabela – reguła Titiusa-Bodego c.d.
 Ilustracja 5.13. Tabela – reguła Titiusa-Bodego c.d.

Zgodnie ze wzorem (5.21) promień orbity Urana wynosi:

R = 0,4 + 0,3 64 = 19,6 AU

zaś promień orbity Plutona wynosi:

R = 0,4 + 0,3 128 = 38,8 AU

Widzimy, że te planety, z wyjątkiem Neptuna, również poruszają się realnie po orbitach odpowiadających formule Titiusa-Bodego.

Obecne poglądy na temat teoretycznego uzasadnienia reguły Titiusa-Bodego opierają się na modelach powstawania pierwotnych układów planetarnych i nadal stanowią przedmiot dociekań współczesnych astronomów. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w Internecie.

Pytania i problemy

  1. Podaj wzór Titiusa-Bodego na średnią odległość planet od Słońca i objaśnij znaczenie symboli w tym wzorze.
  2. Jak wiadomo, formuła Titiusa-Bodego sprawdziła się z dobrą dokładnością dla wszystkich znanych w owym czasie planet z wyjątkiem odpowiadającej liczbie m = 8 planety, której orbita powinna się znajdować między orbitami Marsa i Jowisza. Jakie odkrycie uzasadniło prawdziwość tej formuły dla tej liczby?
  3. Czy formuła Titiusa-Bodego sprawdza się również dla planet nieznanych w ich czasach? Podaj nazwy tych planet oraz ich numerację zgodną z tą formułą.