خیال‌پردازی در مورد وجود سیاراتی در مداری معادل با زمین، درست در سمت مقابل خورشید، سال‌هاست که در قالب فیلم‌های علمی تخیلی مطرح می‌شود. اگرچه در واقعیت برای زمین ما اثبات نشده است، اما اصول بنیادین مکانیک مداری نشان می‌دهد که چندین جرم آسمانی می‌توانند به طور همزمان از یک مدار بهره‌مند شوند. این پدیده، که به نظر عجیب می‌آید، نه تنها از لحاظ نظری ممکن است، بلکه ثبات آن نیز مشخص شده است.
مکانیک مداری و مدارهای نعل اسبی
از زمان نیوتن، فیزیک به ما آموخته است که چگونه یک جرم می‌تواند حول جرم دیگری گردش کند. وقتی که یک جرم سوم به این سیستم اضافه می‌شود، معادلات به طور قابل توجهی پیچیده‌تر می‌گردند. اما در شرایط خاص، راه‌حل‌هایی پایدار برای چنین سامانه‌هایی وجود دارد که یکی از این روش‌ها به نام «مدار نعل اسبی» شناخته می‌شود. در این نوع از مدار، دو سیاره که به طور مشابه به دور یک ستاره می‌چرخند، به جای برخورد یا فرار، به علت جاذبه‌های متقابل، به طرز عجیبی مدارهای خود را با یکدیگر رد و بدل می‌کنند.
سیاره‌ای که در مدار داخلی و دارای سرعت بیشتری است، به نزدیک‌ترین سیاره خارجی نزدیک می‌شود و با به‌دست آوردن انرژی مداری بیشتر، به مداری بالاتر و آرام‌تر منتقل می‌شود و در نتیجه از سیاره خارجی عقب می‌ماند. به‌طور همزمان، سیاره خارجی انرژی خود را از دست می‌دهد و به مداری پایین‌تر و سریع‌تر منتقل می‌گردد. این فرآیند موجب تعویض موقعیت دو سیاره می‌گردد.
این پدیده فقط یک نظریه نیست؛ در منظومه شمسی ما نیز قابل مشاهده است. قمرهای زحل، ژانوس (Janus) و اپی‌مته‌ئوس (Epimetheus) با اختلاف ۵۰ کیلومتر در شعاع مدار خود به دور زحل گردش می‌کنند و هر چهار سال یک بار به‌طور دقیق همین تغییر مدار را تجربه می‌کنند. این امر نشان‌دهنده این است که دو سیاره می‌توانند به صورت پایدار در یک مدار (یا مدارهای بسیار نزدیک) به هم زندگی کنند.
شگفتی مدارهای مشترک: ظرفیت شگفت‌انگیز مدارهای سیاره‌ای
سؤالی که مطرح می‌شود این است که آیا امکان قرار دادن بیش از دو سیاره در یک مدار مشترک وجود دارد؟ بر اساس مطالعه‌ای که توسط تیمی از دانشمندان بین‌المللی و در نشریه اطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی اخترشناسی (MNRAS) منتشر شده، پاسخ مثبت است. این گروه ابتدا پایداری مدارهای نعل اسبی برای دو سیاره مشابه زمین را در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری (فاصله واقعی زمین از خورشید) به مدت میلیاردها سال شبیه‌سازی کردند. سپس با افزودن سیارات بیشتر به شبیه‌سازی، آنها متوجه شدند که تعداد اعجاب‌انگیز ۲۴ سیاره هم‌اندازه زمین می‌توانند به طور پایدار در یک مدار واحد زندگی کنند! در این سناریو، هر سیاره پس از برخورد با سیاره دیگر، جای خود را عوض کرده و به مسیر خود ادامه می‌دهد تا به سیاره بعدی برسد و این فرآیند همواره تکرار می‌شود.
دانشمندان این شبیه‌سازی را برای منظومه شمسی خودمان نیز انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که منظومه شمسی ما قادر است چندین سیاره اضافی مانند زمین، زهره، عطارد یا مریخ را در خود جای دهد.
کشف و ساخت سامانه‌های سیاره‌ای هم‌مدار
ایجاد اینگونه سامانه‌ها ممکن است به طور طبیعی از طریق حلقه‌های ضخیم غبار که به دور یک ستاره می‌چرخند یا از طریق مهاجرت سیاره‌ای در مقیاس بزرگ به وقوع بپیوندد. همچنین، امکان شناسایی این سامانه‌های سیاره‌ای از زمین وجود دارد. یکی از روش‌های ممکن، استفاده از «روش گذر» است که در آن، عبور سیاره‌ای از مقابل ستاره‌اش، باعث کاهش نور آن ستاره می‌شود. اگر چندین عبور سیاره‌ای متوالی در یک مدار غیرمنتظره مشاهده شود، این ممکن است نشانه‌ای از وجود سیارات هم‌مدار باشد. همچنین، تغییر زمان‌بندی این گذرها به دلیل جابه‌جایی مداوم سیارات در مدارشان، می‌تواند دلیل دیگری برای وجود آنها باشد.
نکته جالب‌توجه این است که نویسندگان تحقیق MNRAS به این احتمال پرداخته‌اند که روش دیگری برای ایجاد این سامانه‌ها وجود دارد و آن، ساخت عمدی آن‌هاست. یک تمدن بیگانه با تکنولوژی بسیار پیشرفته ممکن است طراحی چندین جهان در یک مدار را برای سفرهای بین سیاره‌ای بسیار سودمند بداند. کشف چنین سامانه‌ای قطعاً یکی از هیجان‌انگیزترین راه‌ها برای جستجوی حیات هوشمند فرازمینی خواهد بود.