Jupiter, ucigașul planetei Telepolis
Diagrama lui Jupiter: funcționarea interioară, suprafața, inelele și lunile interioare. Imagine: Kelvinsong. Licență: CC-BY-SA-3.0
El are Marte sub control și a distrus posibile super-pământuri: gigantul gazos Jupiter a ajutat la modelarea sistemului nostru solar ca nici o altă planetă
Jupiter este de mult cunoscut astronomilor. Știm că este un gigant gazos cu o masă de 317,8 Pământ. Jupiter este de două ori mai greu decât toate celelalte planete din sistemul solar combinate. Patru luni mari o orbitează și o serie de altele mai mici și se învârte incredibil de repede pe propria axă. Prin urmare, o zi pe Jupiter durează mai puțin de zece ore.
Dar Jupiter este întotdeauna bun pentru surprize. V-ați fi crezut că această minge gigantică de hidrogen și heliu, ca un fel de minge de distrugere supradimensionată, a modelat decisiv aspectul sistemului solar actual?
După cum știți, cele opt planete se mișcă pe orbite fixe în jurul soarelui. Mercur este cel mai aproape de steaua centrală, urmat de Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun. Dar acest lucru nu a fost întotdeauna cazul, iar diviziunea orbitei are unele particularități care îi deranjează pe astronomi de ceva timp.
Problemă Marte
Una dintre aceste probleme este Marte. Ori de câte ori cercetătorii au încercat să modeleze formarea celor patru planete interioare ale sistemului solar pe computer, planeta roșie fie a devenit de până la zece ori mai mare decât în realitate - sau a orbitat soarele mai în interior. Ceva, deci presupunerea, trebuie să fi împiedicat Marte să crească și și-a tras orbita spre exterior. Și acel ceva, spun unii astronomi astăzi, a fost Jupiter.
De-a lungul anilor, diferite studii au încercat să rezolve problema într-un fel sau altul. În 2009, Brad Hansen de la Universitatea din California din Los Angeles a publicat teza că există un material solid în sistemul solar timpuriu doar până la o anumită rază în jurul soarelui. Toate protoplanetele care orbitează mai mult decât o unitate astronomică distanță nu ar fi găsit suficient material pentru a crește într-o planetă reală.
Ideea a sunat bine: întrucât o unitate astronomică (AU) corespunde distanței dintre soare și pământ, ar fi logic ca pământul și Venus să atingă mase semnificativ mai mari decât Marte. La o distanță de 1,5 UA, Planeta Roșie a orbitat în afara limitei determinate de Hansen. Asta l-ar fi lăsat cu mai puțin material de roci pentru a crește - aparent o explicație perfectă.
Dar lipsea un element cheie: „Hansen nu a explicat motivul, el pur și simplu postulând [poziția acestei limite]”, spune astronomul Alessandro Morbidelli. Modelul a ignorat giganții gazoși și centura de asteroizi din afara limitei de 1 UA. „Cum poate fi asta?” A întrebat Morbidelli. Împreună cu Sean Raymond, Kevin Walsh, Avi Mandell și David O'Brien, a început să se uite mai atent la Jupiter, cea mai mare planetă din sistemul solar, pentru a explica masa lipsă a lui Marte.
Ipoteză Grand Tack
Echipa a dezvoltat ipoteza „Grand Tacking” („mare moment de cotitură”). Ea a presupus că s-a format primul un Jupiter singuratic, care și-a schimbat poziția de două ori în tinerețe. Mai întâi s-a deplasat spre interior spre soare, doar pentru a migra din nou spre exterior în poziția sa actuală.
Aici devine interesant. „Știam că pentru a face Marte mai mic, aveam nevoie de un deficit material în zona sa de creștere”, spune Raymond, astronom la Laboratoire d'Astrophysique din Bordeaux, Franța. "Este o idee destul de simplă: Marte - spre deosebire de Pământ și Venus - trebuie să fi făcut o dietă pe atunci. Așa că ne-am gândit: dacă Jupiter ar fi fost inițial în locul lui Marte?"
Prin urmare, cercetătorii au postulat că Jupiter era pe drum la un moment dat: de la o distanță de 3,5 UA, atracția gravitațională a gazului dens al discului protoplanetar interior l-a tras până la 1,5 UA către soare - cam exact locul Marte orbitează astăzi. Nu s-a putut apropia - din nou din cauza densității mari a discului original. Dar Jupiter a avut ocazia să preia o mulțime de material stâncos care orbita Soarele la această distanță și, în același timp, să influențeze creșterea viitoare a lui Marte.
În acest moment, niciuna dintre planetele terestre nu s-a format. Mercur, Venus, Pământ și Marte sunt mai tineri decât planetele de gaz și s-au format și mai târziu. Scenariul mare, care trebuie să se fi jucat în primele zece milioane de ani de la formarea sistemului solar, presupune că Saturn și-a urmat planeta soră în timp ce se deplasa spre interior și că ambele au atins rezonanță orbitală.
Aceasta înseamnă că s-au influențat periodic reciproc cu forța lor de atracție și, prin urmare, au efectuat un fel de dans cosmic, în urma căruia tot gazul a fost transportat din zona interioară spre exterior. În cele din urmă, s-au împins și unul pe altul din nou spre exterior, unde și-au luat pozițiile actuale.
De atunci, Jupiter a orbitat soarele la o distanță de 5,2 UA. Dar, deoarece a absorbit atât de mult material de rocă pe orbita lui Marte, planeta roșie nu mai putea crește în aceeași măsură ca Venus și Pământ. Întrucât Jupiter nu se apropiase de 1,5 UA, totuși, nu reușise să influențeze rezervele solide din zona interioară. Cele trei planete cele mai interioare, Mercur, Venus și Pământ, au putut, prin urmare, să crească așa cum era de așteptat.
Comparație cu pământul
O comparație cu Pământul arată influența concretă a acestei manevre pe Marte. Amândoi au colectat masa foarte repede la început, dar numai planeta noastră a continuat să o facă. Se crede că Marte s-a format la o distanță de aproximativ 1 UA, unde a găsit inițial suficientă hrană pentru a-și forma nucleul. Dar apoi a fost împins mai departe de forțele gravitaționale - într-o zonă în care lipsea materialul pentru o creștere ulterioară.
Prin urmare, planeta roșie a atins dimensiunea finală mult mai devreme decât pământul. „Perioada în care s-a format Marte este mult mai scurtă decât cea a Pământului”, explică Morbidelli, adăugând că Pământul a acumulat jumătate din masa sa în primii cinci până la zece milioane de ani. „Pământul a durat în total 100 de milioane de ani, dar Marte a luat doar patru milioane. Adică, Marte a crescut inițial și el, dar apoi a încetat brusc să crească în masă.
Teza conform căreia Jupiter a eliminat orbita lui Marte explică atât dimensiunea redusă a lui Marte, cât și faptul că creșterea sa s-a oprit atât de surprinzător. Unii cercetători cred că super-pământurile au orbitat odată în jurul soarelui, de aproximativ zece ori mai greu decât planeta noastră de origine, dar mai mic decât Neptun.
Sistemul solar 1.0
Aceste mari planete stâncoase orbitează soarele la o distanță mult mai mică, așa cum se poate observa și astăzi în multe alte sisteme planetare. Într-un anumit sens, ei aparțineau "Sistemului Solar 1.0" - spre deosebire de a doua versiune, bine cunoscută. Ucigașul de planete Jupiter ar trebui să fie responsabil pentru faptul că aceste super-pământuri nu mai există astăzi.
Această idee sună destul de fantastic - dar face parte dintr-o teorie propusă de Konstantin Batygin, cercetător planetar la Institutul de Tehnologie din California, și Greg Laughlin, astronom la Universitatea din California. Cercetătorii includ atât ipoteza Grand Tack, cât și observațiile de la telescopul Kepler. Acestea arată că sistemele planetare cu planete stâncoase supradimensionate, asemănătoare stelelor, cu o atmosferă subțire, predomină în univers.
„Kepler a arătat că partea interioară a sistemului solar lipsește pur și simplu”, spune Laughlin. Giganții gazoși, de asemenea, subliniază el, sunt de obicei de zece ori mai aproape de Soare în alte sisteme decât este Mercur. "Asta ne-a făcut să ne întrebăm cum formarea lui Jupiter și manevra Grand Tack ar fi putut curăța interiorul sistemului solar. Dacă sistemul nostru solar arăta similar cu alții, ar fi trebuit să existe câteva super-pământuri pe orbită lângă soare . " Dar dacă așa a fost, se pune întrebarea în mod natural unde au dispărut aceste corpuri cerești.
Batygin și Laughlin sugerează că super-pământurile s-au format înainte ca Jupiter să se îndrepte spre interior. „În primul rând, marile planete stâncoase s-ar fi format și foarte repede”, explică Laughlin. "Au putut accesa o cantitate mare de material, deoarece densitatea era atât de aproape de steaua centrală. Și au crescut atât de repede, deoarece au încercuit soarele foarte repede pe orbitele lor înguste".
Atunci când Jupiter a început să se miște în direcția soarelui conform ipotezei Grand Tack, imaginația lui Batygin și Laughlin a confundat orbitele super-pământurilor. S-au ciocnit și s-au rupt, așa că, așa cum spune Laughlin, „au fost distruse devreme de mișcarea interioară a lui Jupiter”. Gigantul gazos se afla atunci și într-o poziție în care pot fi observați frații săi din alte sisteme planetare.
Cascadă de coliziune
„În scenariul nostru, Jupiter a declanșat o întreagă cascadă de coliziune prin care toate planetele din zona actuală a orbitei Pământului au mers pe un curs confruntativ și s-au încheiat în cele din urmă în bucăți mici”, spune Laughlin. Rezultatul: rămășițele super-pământurilor au aterizat la soare și au luat cu ele toate reziduurile de gaz din orbita lui Mercur, astfel încât astăzi există un gol căscat.
Dacă teoria ar putea fi dovedită, aceasta ar explica de ce sistemul nostru arată atât de diferit de ceilalți și de ce planetele actuale de tip Pământ sunt mult mai mici. Poate că a existat într-adevăr o primă generație de super-pământuri care au fost distruse și au făcut loc pentru un număr de obiecte mai mici, cu masă mai mică.
„Este o consecință adesea trecută cu vederea a manevrei Grand Tack că Jupiter a pătruns în interiorul sistemului solar ca un fel de minge de distrugere și a încurcat configurația originală a planetelor”, spune Laughlin. „Abia atunci Jupiter și Saturn s-au deplasat din nou spre exterior, ca rezultat al unei rezonanțe orbitale, și în cele din urmă pământul și celelalte planete stâncoase s-au format din ceea ce a rămas de pe mingea oscilantă de distrugere a lui Jupiter.”
Potrivit cercetătorului, acesta este și motivul vârstei mai mici a planetelor terestre. Nu mai era loc pentru ei după ce Jupiter a curățat sistemul solar interior. „Acest lucru ne oferă o explicație coerentă a motivului pentru care planetele stâncoase sunt mai tinere decât giganții gazoși, deși ar fi trebuit să aibă de fapt avantajul unui început timpuriu într-o zonă bogată în materiale și a timpului lor rapid orbital în jurul soarelui”.
Rezultatul este un sistem solar destul de neobișnuit, cu un rol deosebit de distructiv pentru Jupiter în copilăria sa. „Se pare că sistemul solar are unele caracteristici ciudate și remarcabile”, spune Laughlin.
Sistemul nostru solar ar fi special
O planetă cu gaz precum Jupiter pe o orbită aproape circulară - nu găsim așa ceva în fiecare sistem solar. De fapt, vedem acest lucru doar într-un procent scăzut din toate sistemele. Absența completă a oricărui material pe orbita lui Mercur este, de asemenea, neobișnuită. Poate că acesta a fost singurul motiv pentru care planetele terestre nu au mai avut acces la norul de gaz-praf al discului protoplanetar atunci când s-au format.
Pământul ar arăta, de asemenea, diferit dacă planetele s-ar fi format ca în majoritatea celorlalte sisteme. „Asta ar putea însemna că planetele cu suprafețe solide și presiune atmosferică, cum ar fi Pământul, sunt relativ rare. Aceasta este speculație pură acum, dar cred că, având în vedere miriada de speculații sălbatice despre viața extraterestră, este perfect potrivit să exprimăm gânduri care indică sugerează o interpretare prudent conservatoare, mai puțin interesantă. "
Morbidelli nu este încă convins de acest model. El consideră că munca lui Batygin și Laughlin nu este suficient de matură; multe aspecte ar trebui examinate mai atent. În opinia sa, discul protoplanetar avea o graniță internă pe care planetele nu o puteau traversa.
„Există forțe care țin planetele la aceste limite”, spune el. „Aceste forțe concurează cu atracția prafului”. Prin urmare, planetele nu s-au putut apropia prea mult de soare. Și există, de asemenea, cercetători care nu au încredere în ipoteza Grand Tack în ansamblu. Mai mult, nu știm încă toate consecințele dacă această teorie ar fi dovedită.
„Dovezile ar face sistemul solar special”, spune Morbidelli. „Ar arăta că există doar printr-o succesiune foarte specifică de evenimente despre care știm că nu este standard în univers. Dacă Jupiter ar fi început mai târziu, de exemplu, umanitatea nu ar exista pentru că Pământul Nu mă înțelegeți greșit, nu spun că acest lucru este unic sau că mâna lui Dumnezeu a fost implicată, dar această succesiune de evenimente chiar nu se întâmplă foarte des. "