Jupiter zabijak planét Telepolis
Schéma Jupitera: vnútorné fungovanie, povrch, prstence a vnútorné mesiace. Obrázok: Kelvinsong. Licencia: CC-BY-SA-3.0
Má Mars pod kontrolou a zničil možné superzeme: plynný gigant Jupiter pomohol formovať našu slnečnú sústavu ako žiadna iná planéta
Jupiter bol astronómom už dlho známy. Vieme, že ide o plynného obra s hmotnosťou 317,8 Zeme. Jupiter je dvakrát tak ťažký ako všetky ostatné planéty slnečnej sústavy dohromady. Obiehajú okolo neho štyri veľké mesiace a niekoľko menších, a to sa neuveriteľne rýchlo krúti okolo svojej vlastnej osi. Deň na Jupiteri preto trvá menej ako desať hodín.
Ale Jupiter je vždy dobrý na prekvapenie. Mysleli by ste si, že táto obrovská guľa vodíka a hélia, ako druh nadrozmernej demolačnej gule, rozhodujúcim spôsobom formovala vzhľad dnešnej slnečnej sústavy?
Ako viete, osem planét sa pohybuje po pevných obežných dráhach okolo Slnka. Merkúr je najbližšie k centrálnej hviezde, nasleduje Venuša, Zem, Mars, Jupiter, Saturn, Urán a Neptún. Ale vždy to tak nebolo a rozdelenie obežných dráh má niektoré zvláštnosti, ktoré astronómov už nejaký čas trápili.
Problém mars
Jedným z týchto problémov je Mars. Kedykoľvek sa vedci pokúsili modelovať na počítači formáciu štyroch vnútorných planét slnečnej sústavy, červená planéta bola buď až desaťkrát väčšia ako v skutočnosti - alebo obiehala okolo Slnka ďalej vo vnútri. Niečo, tak predpoklad, muselo zabrániť Marsu v raste a vytiahnuť jeho obežnú dráhu smerom von. A to niečo, čo dnes hovoria niektorí astronómovia, bol Jupiter.
V priebehu rokov sa rôzne štúdie pokúšali problém vyriešiť tak či onak. V roku 2009 zverejnil Brad Hansen z Kalifornskej univerzity v Los Angeles tézu, že pevný materiál existoval v rannej slnečnej sústave iba do určitého polomeru okolo slnka. Všetky protoplanéty obiehajúce viac ako astronomickú jednotku by nenašli dostatok materiálu na to, aby z nich vyrástla skutočná planéta.
Myšlienka znela dobre: Pretože astronomická jednotka (AU) zodpovedá vzdialenosti medzi slnkom a zemou, bolo by logické, že Zem a Venuša dosiahnu podstatne väčšie hmotnosti ako Mars. Vo vzdialenosti 1,5 AU krúžila Červená planéta okolo limitu určeného Hansenom. To by mu umožnilo rásť menej horninového materiálu - zjavne dokonalé vysvetlenie.
Chýbal však jeden kľúčový prvok: „Hansen nevysvetlil dôvod, jednoducho postuloval [pozíciu tejto hranice],“ hovorí astronóm Alessandro Morbidelli. Model ignoroval plynné obry a pás asteroidov mimo limitu 1 AU. „Ako to môže byť?“ Spýtal sa Morbidelli. Spolu so Seanom Raymondom, Kevinom Walshom, Avi Mandellom a Davidom O’Brienom sa začal bližšie zaoberať Jupiterom, najväčšou planétou slnečnej sústavy, aby vysvetlil chýbajúcu hmotnosť Marsu.
Hypotéza veľkého pripútania
Tím vyvinul hypotézu veľkého obratu („veľký zlom“). Predpokladala, že sa najskôr sformoval osamelý Jupiter, ktorý v mladosti dvakrát zmenil svoju pozíciu. Najprv sa pohyboval dovnútra smerom k slnku, až potom opäť migroval smerom von do svojej súčasnej polohy.
To je miesto, kde to začne byť vzrušujúce. „Vedeli sme, že na to, aby sa Mars zmenšil, potrebovali sme materiálny deficit v jeho rastovej zóne,“ hovorí Raymond, astronóm z Laboratoire d’Astrophysique vo francúzskom Bordeaux. "Je to celkom jednoduchý nápad: Mars - na rozdiel od Zeme a Venuše - musel mať v tom čase stravu. Takže sme si povedali: čo keby Jupiter bol pôvodne na mieste Marsu?"
Vedci preto postulovali, že Jupiter bol v určitom okamihu na ceste: zo vzdialenosti 3,5 AU ho gravitačné pôsobenie hustého plynu vnútorného protoplanetárneho disku vytiahlo až na 1,5 AU k slnku - skoro presne na tomto mieste Mars obieha dnes. Už sa to nemohlo priblížiť - opäť kvôli vysokej hustote pôvodného disku. Ale Jupiter mal možnosť absorbovať veľa horninového materiálu, ktorý obiehal okolo Slnka v tejto vzdialenosti, a zároveň ovplyvniť budúci rast Marsu.
V tomto okamihu sa nevytvorila žiadna zo suchozemských planét. Merkúr, Venuša, Zem a Mars sú mladšie ako plynné planéty a vytvorili sa aj neskôr. Scenár veľkého pripútania, ktorý sa musel odohrať počas prvých desiatich miliónov rokov po vzniku slnečnej sústavy, predpokladá, že Saturn nasledoval svoju sesterskú planétu pri svojom pohybe dovnútra a že obe dosiahli orbitálnu rezonanciu.
To znamená, že sa periodicky navzájom ovplyvňovali silou príťažlivosti a tým vykonávali akýsi vesmírny tanec, v dôsledku ktorého bol všetok plyn transportovaný z vnútornej oblasti do vonkajšej strany. Napokon sa tiež navzájom vytlačili smerom von, kde zaujali svoje súčasné pozície.
Odvtedy Jupiter krúžil okolo Slnka vo vzdialenosti 5,2 AU. Pretože však červená planéta absorbovala toľko horninového materiálu na obežnej dráhe Marsu, nemohla už rásť v takej miere ako Venuša a Zem. Ale pretože Jupiter sa nepriblížil bližšie ako 1,5 AU, nebol schopný ovplyvniť pevné rezervy vo vnútornej oblasti. Tri najvnútornejšie planéty, Merkúr, Venuša a Zem, boli preto schopné rásť podľa očakávania.
Porovnanie so zemou
Porovnanie so Zemou ukazuje konkrétny vplyv tohto manévru na Mars. Obaja spočiatku zhromažďovali hmotu veľmi rýchlo, ale pokračovala v tom iba naša planéta. Predpokladá sa, že Mars sa formoval vo vzdialenosti asi 1 AU, kde spočiatku našiel dostatok kamennej potravy na vytvorenie svojho jadra. Potom ju však gravitačné sily tlačili ďalej smerom von - do oblasti, kde chýbal materiál pre ďalší rast.
Červená planéta preto dosiahla svoju konečnú veľkosť oveľa skôr ako Zem. „Obdobie, v ktorom vznikol Mars, je oveľa kratšie ako obdobie na Zemi,“ vysvetľuje Morbidelli a dodáva, že Zem za prvých päť až desať miliónov rokov nahromadila polovicu svojej hmotnosti. "Zem trvala celkovo 100 miliónov rokov, ale Mars iba štyri milióny. To znamená, že Mars spočiatku tiež rástol, ale potom náhle prestal priberať na hmotnosti.
Téza, že Jupiter vyčistil obežnú dráhu Marsu, vysvetľuje malú veľkosť Marsu, ako aj skutočnosť, že sa jeho rast tak prekvapivo zastavil. „Toto však nemusí byť jediný spôsob, ako Jupiter mení vzhľad sveta Niektorí vedci sa domnievajú, že superzeme kedysi obiehali okolo Slnka, čo je asi desaťkrát viac ako naša domovská planéta, ale menšie ako Neptún.
Slnečná sústava 1.0
Tieto veľké skalné planéty obiehali okolo Slnka v oveľa menšej vzdialenosti, ako je to dodnes možné pozorovať v mnohých iných planetárnych systémoch. V istom zmysle patrili k „slnečnej sústave 1.0“ - na rozdiel od druhej známej verzie. Planétový zabijak Jupiter by mal byť zodpovedný za to, že tieto superzeminy dnes už neexistujú.
Táto myšlienka znie celkom fantasticky - je to však súčasť teórie, ktorú predložili Konstantin Batygin, planetárny výskumník z Kalifornského technologického inštitútu, a Greg Laughlin, astronóm z Kalifornskej univerzity. Vedci zahŕňajú hypotézu veľkého pripútania aj pozorovania z Keplerovho ďalekohľadu. Ukazujú, že vo vesmíre prevládajú planetárne systémy s nadrozmernými hviezdnymi planétami podobnými hviezdam s tenkou atmosférou.
„Kepler ukázal, že vnútorná časť slnečnej sústavy jednoducho chýba,“ hovorí Laughlin. Poukazuje na to, že aj plynoví giganti sú v iných systémoch zvyčajne desaťkrát bližšie k Slnku, ako je Merkúr. "To nás prinútilo zamyslieť sa nad tým, ako formácia Jupitera a manévru Grand Tack mohla vyčistiť vnútro slnečnej sústavy. Keby naša slnečná sústava vyzerala podobne ako iné, na obežnej dráhe blízko slnka malo byť niekoľko superzeme. . “ Ale ak by to tak bolo, prirodzene vyvstáva otázka, kam tieto nebeské telesá zmizli.
Batygin a Laughlin naznačujú, že superzeme vznikli skôr, ako sa Jupiter dostal do svojej vnútra. „V prvom rade by sa vytvorili veľké kamenné planéty, a to veľmi rýchlo,“ vysvetľuje Laughlin. "Mali prístup k veľkému množstvu materiálu, pretože hustota bola tak blízko centrálnej hviezdy. A rástli tak rýchlo, pretože na ich úzkych obežných dráhach veľmi rýchlo krúžili okolo slnka."
Keď sa potom Jupiter podľa hypotézy Grand Tack začal pohybovať smerom k slnku, Batyginova a Laughlinova fantázia zmiala dráhy superzemí. Zrazili sa a zlomili, takže, ako hovorí Laughlin, „boli predčasne zničené pohybom Jupitera smerom dovnútra“. Plynný gigant sa potom nachádzal aj v pozícii, kde jeho bratov možno pozorovať v iných planetárnych sústavách.
Zrážková kaskáda
„V našom scenári spustil Jupiter celú kolíznu kaskádu, cez ktorú všetky planéty v dnešnej oblasti obežnej dráhy Zeme prešli konfrontačným smerom a nakoniec skončili malými kúskami,“ hovorí Laughlin. Výsledok: Zvyšky nadzemských pozemkov pristáli na slnku a odniesli so sebou všetky zvyšky plynu na obežnej dráhe Merkúra, takže dnes je tu zívajúca prázdnota.
Ak by sa dala teória dokázať, vysvetlilo by to, prečo náš systém vyzerá tak odlišne od ostatných a prečo sú dnešné planéty podobné Zemi oveľa menšie. Možno skutočne existovala prvá generácia superzeme, ktorá bola zničená a vytvorila miesto pre množstvo menších objektov s nižšou hmotnosťou.
„Je to často prehliadaný dôsledok manévru Grand Tack, že Jupiter prenikol do vnútra slnečnej sústavy ako druh demolačnej gule a pokazil pôvodnú konfiguráciu planét,“ hovorí Laughlin. "Až potom sa Jupiter a Saturn v dôsledku orbitálnej rezonancie opäť pohli smerom von a nakoniec sa zem a ďalšie skalné planéty vytvorili z toho, čo po sebe zanechala kmitajúca demolačná guľa, ktorú Jupiter zostal."
To je podľa výskumníka aj dôvod nižšieho veku pozemských planét. Miesto pre nich bolo až potom, čo Jupiter vyčistil vnútornú slnečnú sústavu. „Toto nám dáva ucelené vysvetlenie, prečo sú skalné planéty mladšie ako plynní giganti, hoci v skutočnosti mali mať výhodu skorého začiatku v oblasti bohatej na materiál a ich rýchleho obežného času okolo Slnka.“
Výsledkom je dosť neobvyklá slnečná sústava s obzvlášť deštruktívnou úlohou pre Jupitera v jeho detstve. „Vyzerá to dosť, akoby slnečná sústava mala nejaké zvláštne a pozoruhodné vlastnosti,“ hovorí Laughlin.
Naša slnečná sústava by bola zvláštna
Plynná planéta ako Jupiter na takmer kruhovej obežnej dráhe - také niečo nenájdeme v každej slnečnej sústave. V skutočnosti to vidíme iba v malom percente všetkých systémov. Nezvyčajná je aj úplná absencia akéhokoľvek materiálu na obežnej dráhe Merkúra. Možno to bol jediný dôvod, prečo pozemské planéty už nemali prístup k oblaku plynného prachu protoplanetárneho disku, keď sa formovali.
Zem by tiež vyzerala inak, keby sa planéty formovali ako vo väčšine ostatných systémov. "To by mohlo znamenať, že planéty s pevným povrchom a atmosférickým tlakom, ako je Zem, sú pomerne zriedkavé. Toto sú teraz iba špekulácie, ale myslím si, že vzhľadom na nespočetné množstvo divokých špekulácií o mimozemskom živote je úplne namieste vysloviť myšlienky, že na navrhnúť opatrne konzervatívny, menej vzrušujúci výklad. ““
Morbidelli tento model stále nepresvedčil. Práce Batygina a Laughlina považuje za nedostatočne zrelé; mnoho aspektov by bolo treba dôkladnejšie preskúmať. Podľa jeho názoru mal protoplanetárny disk vnútornú hranicu, ktorú planéty nemohli prekročiť.
„Existujú sily, ktoré držia planéty na týchto hraniciach,“ hovorí. „Tieto sily konkurujú priťahovaniu prachu.“ Preto sa planéty nemohli dostať príliš blízko k slnku. A existujú aj vedci, ktorí nedôverujú hypotéze grand tacku ako celku. Okrem toho ešte nepoznáme všetky dôsledky, ak by sa táto teória mala dokázať.
„Dôkazy by ozvláštnili slnečnú sústavu,“ tvrdí Morbidelli. "Ukázalo by to, že existujeme iba prostredníctvom veľmi špecifického sledu udalostí, o ktorých vieme, že vo vesmíre nie sú štandardné. Keby napríklad Jupiter začal neskôr, ľudstvo by neexistovalo, pretože Zem Nechápte ma zle, nehovorím, že je to jedinečné alebo že išlo o Božiu ruku, ale tento sled udalostí sa naozaj nestáva veľmi často. ““