Юпитер планетата убиец Телеполис
Диаграма на Юпитер: вътрешни работи, повърхност, пръстени и вътрешни луни. Изображение: Kelvinsong. Лиценз: CC-BY-SA-3.0
Той е под контрол на Марс и е унищожил възможни суперземли: Газовият гигант Юпитер помогна да оформи нашата слънчева система като никоя друга планета
Юпитер отдавна е добре известен на астрономите. Знаем, че това е газов гигант с маса 317,8 Земи. Юпитер е два пъти по-тежък от всички останали планети в Слънчевата система взети заедно. Четири големи луни обикалят около него и редица по-малки и се върти невероятно бързо на собствената си ос. Следователно един ден на Юпитер трае по-малко от десет часа.
Но Юпитер винаги е добър за изненади. Бихте ли си помислили, че тази гигантска топка от водород и хелий, подобно на някаква огромна топка за разрушаване, решително е оформила облика на днешната Слънчева система?
Както знаете, осемте планети се движат по фиксирани орбити около слънцето. Меркурий е най-близо до централната звезда, следван от Венера, Земята, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Но това не винаги е било така и орбиталното разделение има някои особености, които притесняват астрономите от известно време.
Проблем Марс
Един от тези проблеми е Марс. Винаги, когато изследователите се опитват да моделират на компютъра формирането на четирите вътрешни планети на Слънчевата система, червената планета или става до десет пъти по-голяма, отколкото в действителност - или се върти около Слънцето по-навътре. Нещо, така че предположението, трябва да е попречило на Марс да расте и да издърпа орбитата му навън. И това нещо, казват днес някои астрономи, беше Юпитер.
Различни изследвания през годините се опитват да разрешат проблема по един или друг начин. През 2009 г. Брад Хансен от Калифорнийския университет в Лос Анджелис публикува тезата, че твърдият материал е съществувал в ранната Слънчева система само до определен радиус около слънцето. Всички протопланети, които са в орбита на повече от една астрономическа единица, няма да са намерили достатъчно материал, за да прераснат в истинска планета.
Идеята звучеше добре: Тъй като една астрономическа единица (AU) съответства на разстоянието между слънцето и земята, би било логично Земята и Венера да достигнат значително по-големи маси от Марс. На разстояние 1,5 а.е., Червената планета обикаля извън границата, определена от Хансен. Това щеше да му остави по-малко скални материали да расте - очевидно идеално обяснение.
Но липсваше един ключов елемент: „Хансен не обясни причината, той просто постулира [позицията на тази граница]“, казва астрономът Алесандро Морбидели. Моделът игнорира газовите гиганти и астероидния пояс извън границата от 1 AU. „Как може да бъде това?“, Попита Морбидели. Заедно със Шон Реймънд, Кевин Уолш, Ави Мандел и Дейвид О’Брайън той започва да разглежда по-отблизо Юпитер, най-голямата планета в Слънчевата система, за да обясни липсващата маса на Марс.
Велика хипотеза
Екипът разработи хипотезата за грандиозното прихващане („голяма повратна точка“). Тя предположи, че първо се е образувал самотен Юпитер, който два пъти сменя позицията си в младостта си. Първо се движеше навътре към слънцето, за да мигрира отново навън до сегашното си положение.
Тук става вълнуващо. „Знаехме, че за да направим Марс по-малък, се нуждаем от материален дефицит в зоната му на растеж“, казва Реймънд, астроном от Laboratoire d’Astrophysique в Бордо, Франция. "Това е доста проста идея: Марс - за разлика от Земята и Венера - трябва да е бил на диета по това време. Затова си помислихме: ами ако първоначално Юпитер беше на мястото на Марс?"
Следователно изследователите постулират, че Юпитер е бил на път в някакъв момент: от разстояние 3,5 а.е. гравитационното привличане на плътния газ на вътрешния протопланетен диск го издърпа до 1,5 а.е. до слънцето - почти точно мястото Марс обикаля днес. Не можеше да се приближи - отново поради голямата плътност на оригиналния диск. Но Юпитер имаше възможността да абсорбира голяма част от скалния материал, който обикаляше Слънцето на това разстояние, и в същото време да повлияе на бъдещия растеж на Марс.
Към този момент нито една от земните планети не се е формирала. Меркурий, Венера, Земята и Марс са по-млади от газовите планети и те също са се образували по-късно. Сценарият за грандиозен пристъп, който трябва да се е разиграл през първите десет милиона години след формирането на Слънчевата система, предполага, че Сатурн е следвал своята сестра планета, докато се е придвижвал навътре и че и двамата са достигнали орбитален резонанс.
Това означава, че те периодично са си влияели със силата на привличане и по този начин са изпълнявали един вид космически танц, в резултат на което целият газ се е транспортирал от вътрешната зона навън. Накрая те също се изтласкаха навън отново, където заеха сегашните си позиции.
Оттогава Юпитер обикаля слънцето на разстояние 5,2 а.е. Но тъй като погълна толкова много от скалния материал в орбитата на Марс, червената планета вече не можеше да расте в същата степен като Венера и Земята. Но тъй като Юпитер не се беше приближил по-близо от 1,5 AU, той не беше в състояние да повлияе на твърдите резерви във вътрешната зона. Следователно трите най-съкровени планети, Меркурий, Венера и Земята, са могли да растат според очакванията.
Сравнение със земята
Сравнението със Земята показва конкретното влияние на тази маневра върху Марс. И двамата в началото събираха маса много бързо, но само нашата планета продължаваше да го прави. Смята се, че Марс се е образувал на разстояние около 1 AU, където първоначално е намерил достатъчно скална храна, за да образува сърцевината си. Но след това тя беше изтласкана навън от гравитационните сили - в област, в която липсваше материал за по-нататъшен растеж.
Следователно червената планета достигна окончателния си размер много по-рано от земята. „Периодът, в който се е образувал Марс, е много по-кратък от този на Земята“, обяснява Морбидели и добавя, че Земята е натрупала половината от масата си през първите пет до десет милиона години. „Земята отне общо 100 милиона години, но Марс отне само четири милиона. Това означава, че първоначално Марс също е нараснал, но след това изведнъж спря да нараства в маса.
Тезата, че Юпитер е изчистил орбитата на Марс, обяснява както малкия размер на Марс, така и факта, че растежът му е спрял толкова изненадващо. "Това обаче може да не е единственият начин, по който Юпитер променя облика на света някои изследователи смятат, че свръхземите някога са обикаляли около слънцето, около десет пъти теглото на нашата родна планета, но по-малки от Нептун.
Слънчева система 1.0
Тези големи скални планети обикаляха около слънцето на много по-малко разстояние, както все още може да се наблюдава днес в много други планетни системи. В известен смисъл те принадлежаха на „Слънчевата система 1.0“ - за разлика от втората, добре позната версия. Убиецът на планети Юпитер трябва да е отговорен за факта, че тези суперземи вече не съществуват днес.
Тази идея звучи доста фантастично - но това е част от теория, изложена от Константин Батигин, планетарен изследовател в Калифорнийския технологичен институт и Грег Лафлин, астроном от Калифорнийския университет. Изследователите включват както хипотезата за грандиозното прилепване, така и наблюденията от телескопа Кеплер. Те показват, че във Вселената преобладават планетарни системи с огромни скални планети с форма на звезда с тънка атмосфера.
"Кеплер показа, че вътрешната част на Слънчевата система просто липсва", казва Лафлин. Газовите гиганти, посочва той, обикновено са десет пъти по-близо до слънцето в други системи, отколкото е Меркурий. "Това ни накара да се чудим как формирането на Юпитер и маневра Grand Tack биха могли да изчистят вътрешността на Слънчевата система. Ако нашата Слънчева система изглеждаше подобна на други, трябваше да има няколко суперземли в орбита близо до слънцето . " Но ако случаят беше такъв, естествено възниква въпросът къде са изчезнали тези небесни тела.
Батигин и Лафлин предполагат, че свръхземните са се образували преди Юпитер да си проправи път навътре. „Първо и най-важно, големите скалисти планети щяха да се образуват и то много бързо“, обяснява Лафлин. "Те успяха да получат достъп до голямо количество материал, тъй като плътността беше толкова близо до централната звезда. И те нараснаха толкова бързо, защото обикаляха слънцето много бързо по тесните си орбити."
Когато тогава Юпитер започна да се движи по посока на слънцето според хипотезата на Гранд Так, въображението на Батигин и Лафлин обърка орбитите на суперземлите. Те се сблъскаха и счупиха, така че, казва Лафлин, „бяха унищожени рано от вътрешното движение на Юпитер“. Тогава газовият гигант също беше в позиция, където неговите братя могат да бъдат наблюдавани в други планетни системи.
Сблъсък каскада
"В нашия сценарий Юпитер задейства цяла каскада на сблъсъци, през която всички планети в днешната област на земната орбита преминаха през конфликт и най-накрая завършиха на малки парчета", казва Лафлин. Резултатът: Остатъците от суперземлите се приземиха на слънцето и взеха всички остатъци от газ в орбитата на Меркурий със себе си, така че днес има прозяваща се пустота.
Ако теорията можеше да бъде доказана, тя би обяснила защо нашата система от всички неща изглежда толкова различна от другите и защо днешните планети, подобни на Земята, са толкова по-малки. Може би наистина е имало първо поколение свръхземли, които са били унищожени и са направили място за редица по-малки обекти с по-ниска маса.
„Често се пренебрегва последицата от маневрата Grand Tack, че Юпитер е проникнал във вътрешността на Слънчевата система като вид разрушаваща топка и е объркал първоначалната конфигурация на планетите“, казва Лафлин. „Едва тогава Юпитер и Сатурн отново се придвижват навън в резултат на орбитален резонанс и накрая земята и другите скалисти планети се образуват от онова, което е оставила люлеещата се топка на Юпитер.“
Според изследователя това е и причината за по-ниската възраст на земните планети. За тях имаше място само след като Юпитер беше изчистил вътрешната слънчева система. "Това ни дава последователно обяснение защо скалистите планети са по-млади от газовите гиганти, макар че всъщност би трябвало да имат предимството от ранния старт в богата на материали зона и бързото им орбитално време около слънцето."
Резултатът е доста необичайна слънчева система, с особено разрушителна роля за Юпитер в детството му. "Изглежда много, че Слънчевата система има някои странни и забележителни характеристики", казва Лафлин.
Слънчевата ни система би била специална
Газова планета като Юпитер в почти кръгова орбита - не намираме нещо подобно във всяка слънчева система. Всъщност виждаме това само в малък процент от всички системи. Пълното отсъствие на какъвто и да е материал в орбитата на Меркурий също е необичайно. Може би това беше единствената причина, поради която земните планети вече нямаха достъп до газово-праховия облак на протопланетния диск, когато се образуваха.
Земята също би изглеждала различно, ако планетите се бяха формирали както в повечето други системи. "Това може да означава, че планети с твърди повърхности и атмосферно налягане като Земята са относително редки. Това е чиста спекулация сега, но мисля, че предвид безбройните диви спекулации за извънземен живот, е напълно подходящо да се изразяват мисли, че на предлагат предпазливо консервативна, по-малко вълнуваща интерпретация. "
Morbidelli все още не е убеден от този модел. Той разглежда работата на Батигин и Лафлин като недостатъчно зряла; много аспекти трябва да бъдат разгледани по-отблизо. По негово мнение протопланетният диск е имал вътрешна граница, която планетите не могат да преминат.
"Има сили, които държат планетите на тези граници", казва той. "Тези сили се конкурират с привличането на прах." Следователно планетите не можеха да се доближат твърде много до слънцето. А има и изследователи, които не се доверяват на хипотезата за грандиозната цялост като цяло. Освен това все още не знаем всички последствия, ако тази теория трябва да бъде доказана.
„Доказателствата биха направили Слънчевата система специална“, казва Морбидели. "Това ще покаже, че съществуваме само чрез много специфична последователност от събития, за които знаем, че не са стандартни във Вселената. Ако Юпитер беше започнал по-късно, например, човечеството нямаше да съществува, защото Земята Не ме разбирайте погрешно, не казвам, че това е уникално или че е участвала Божията ръка, но тази последователност от събития наистина не се случва много често. "