Jupiter, a bolygógyilkos Telepolis
A Jupiter rajza: belső működés, felület, gyűrűk és belső holdak. Kép: Kelvinsong. Engedély: CC-BY-SA-3.0
A Mars ellenőrzése alatt áll, és megsemmisítette az esetleges szuperföldeket: A Jupiter gázóriás úgy segített formálni Naprendszerünket, mint egyetlen más bolygó sem
A Jupiter régóta jól ismert a csillagászok körében. Tudjuk, hogy ez egy 317,8 Föld tömegű gázóriás. A Jupiter kétszer olyan nehéz, mint a Naprendszer összes többi bolygója együttvéve. Négy nagy hold és számos kisebb hold körül kering, és hihetetlenül gyorsan forog a saját tengelyén. Egy nap a Jupiteren tehát kevesebb, mint tíz óra.
De a Jupiter mindig jó meglepetésekre. Gondolta volna, hogy ez az óriási hidrogén- és héliumgolyó, egyfajta túlméretezett roncsgömb döntően alakította a mai Naprendszer megjelenését?
Mint tudják, a nyolc bolygó fix keringésben mozog a Nap körül. A Merkúr áll a legközelebb a központi csillaghoz, amelyet a Vénusz, a Föld, a Mars, a Jupiter, a Szaturnusz, az Urán és a Neptunusz követ. De ez nem mindig volt így, és a pályafelosztásnak vannak olyan sajátosságai, amelyek egy ideje zavarják a csillagászokat.
Probléma mars
Az egyik ilyen probléma a Mars. Amikor a kutatók megpróbálták modellezni a Naprendszer négy belső bolygójának kialakulását a számítógépen, a vörös bolygó vagy akár tízszer akkora is lett, mint a valóságban, vagy tovább keringett a Nap belsejében. Valami, tehát a vélelem, biztosan megakadályozta a Mars növekedését, és kifelé húzta pályáját. És ez valami csillagász szerint ma Jupiter volt.
Az évek során különféle tanulmányok igyekeztek ilyen vagy olyan módon megoldani a problémát. 2009-ben Brad Hansen a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetemről közzétette azt a tézist, hogy szilárd anyag a korai naprendszerben csak egy bizonyos sugarú körben létezik a nap körül. Az összes csillag, amely egy csillagászati egységnél távolabb kering, nem talált volna elegendő anyagot ahhoz, hogy valódi bolygóvá nőjön fel.
Az ötlet jól hangzott: Mivel egy csillagászati egység (AU) megfelel a Nap és a Föld közötti távolságnak, logikus lenne, ha a Föld és a Vénusz lényegesen nagyobb tömegeket érne el, mint a Mars. 1,5 AU távolságban a Vörös Bolygó a Hansen által meghatározott határon kívül keringett. Így kevesebb kőzetanyag maradt volna számára - nyilvánvalóan tökéletes magyarázat.
De hiányzott egy kulcsfontosságú elem: "Hansen nem magyarázta meg az okát, egyszerűen feltételezte [ennek a határnak a helyzetét" "- mondja Alessandro Morbidelli csillagász. A modell figyelmen kívül hagyta a gázóriásokat és az aszteroidaövet az 1 AU határon kívül. - Hogy lehet? - kérdezte Morbidelli. Sean Raymond, Kevin Walsh, Avi Mandell és David O’Brien társaságában kezdte alaposabban szemügyre venni a Jupitert, a Naprendszer legnagyobb bolygóját, hogy megmagyarázza a Mars hiányzó tömegét.
Grand tack hipotézis
A csapat kidolgozta a grand tack hipotézist ("nagy fordulópont"). Feltételezte, hogy először egy magányos Jupiter alakult ki, aki fiatalkorában kétszer változtatott helyzetén. Először befelé haladt a nap felé, hogy aztán ismét kifelé vándoroljon jelenlegi helyzetébe.
Itt válik izgalmassá. "Tudtuk, hogy a Mars kisebbé tételéhez anyagi hiányra van szükség a növekedési zónájában" - mondja Raymond, a franciaországi Bordeaux-i Laboratoire d'Astrophysique csillagásza. "Ez egy nagyon egyszerű ötlet: a Mars - ellentétben a Földdel és a Vénusszal - akkor biztosan diétázott. Tehát arra gondoltunk: mi lenne, ha a Jupiter eredetileg a Mars helyén lett volna?"
A kutatók ezért feltételezték, hogy a Jupiter valamikor úton van: 3,5 AU távolságból a belső protoplanetáris korong sűrű gázának gravitációs vonzata 1,5 AU-ig húzta a nap felé - nagyjából pontosan azon a helyen A Mars ma kering. Nem tudott közelebb kerülni - ismét az eredeti lemez nagy sűrűsége miatt. De a Jupiternek lehetősége volt sok olyan kőzetanyagot befogadni, amely ezen a távolságon keringett a Nap körül, és ezzel egyidejűleg befolyásolni a Mars jövőbeli növekedését.
Ezen a ponton egyik földi bolygó sem alakult ki. A Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars fiatalabb, mint a gázbolygók, és később is kialakultak. A nagyszerű forgatókönyv, amely a Naprendszer kialakulása utáni első tízmillió évben bizonyult, feltételezi, hogy a Szaturnusz követte testvérbolygóját, amikor befelé haladt, és hogy mindkettő elérte a pálya-rezonanciát.
Ez azt jelenti, hogy időszakosan befolyásolták egymást vonzerejükkel, és ezáltal egyfajta kozmikus táncot adtak elő, amelynek eredményeként az összes gázt a belső területről kifelé szállították. Végül ismét kifelé is tolták egymást, ahol elfoglalták jelenlegi pozícióikat.
Azóta a Jupiter 5,2 AU távolságra kering a nap körül. De mivel a Mars pályáján annyira elnyelte a kőzetanyagot, a vörös bolygó már nem tudott olyan mértékben növekedni, mint a Vénusz és a Föld. De mivel a Jupiter közelebb került 1,5 AU-nál, nem tudta befolyásolni a belső tér szilárd tartalékait. A három legbelső bolygó, a Merkúr, a Vénusz és a Föld tehát a várakozásoknak megfelelően növekedni tudott.
Összehasonlítás a földdel
A Földdel való összehasonlítás megmutatja ennek a manővernek a Marsra gyakorolt konkrét hatását. Eleinte mindketten nagyon gyorsan gyűjtöttek tömeget, de csak a bolygónk folytatta ezt. Úgy gondolják, hogy a Mars körülbelül 1 AU távolságban keletkezett, ahol kezdetben elegendő kőzetet talált a magjának kialakításához. De aztán a gravitációs erők tovább tolták kifelé - egy olyan területre, ahol hiányzott a további növekedés anyaga.
A vörös bolygó tehát sokkal korábban érte el végleges méretét, mint a föld. "A Mars keletkezésének időszaka sokkal rövidebb, mint a Földé" - magyarázza Morbidelli, hozzátéve, hogy a Föld az első öt-tízmillió évben felhalmozta tömegének felét. "A föld összesen 100 millió évet vett igénybe, de a Mars csak négy milliót vett igénybe. Ez azt jelenti, hogy a Mars kezdetben is növekedett, de aztán hirtelen abbahagyta a tömeg növekedését.
Az a tézis, miszerint a Jupiter megtisztította a Mars pályáját, megmagyarázza mind a Mars kis méretét, mind azt a tényt, hogy növekedése olyan meglepő módon leállt. "Nem biztos, hogy ez az egyetlen módja annak, hogy a Jupiter megváltoztassa a világ kinézetét Egyes kutatók úgy vélik, hogy a szuperföldek egykor a Nap körül keringtek, a bolygónk súlyának körülbelül tízszeresével, de kisebbek, mint a Neptunusz.
Naprendszer 1.0
Ezek a nagy szikla bolygók sokkal kisebb távolságban keringtek a Nap körül, ahogy ez ma is megfigyelhető sok más bolygó rendszerben. Bizonyos értelemben a "Solar System 1.0" -hoz tartoztak - ellentétben a második, jól ismert verzióval. A Jupiter bolygógyilkosnak felelnie kell azért, hogy ezek a szuperföldek ma már nem léteznek.
Ez az ötlet elég fantasztikusan hangzik - de része annak az elméletnek, amelyet Konstantin Batygin, a Kaliforniai Műszaki Intézet bolygókutatója és Greg Laughlin, a Kaliforniai Egyetem csillagásza tett fel. A kutatók tartalmazzák a nagy tapadási hipotézist és a Kepler-távcső megfigyeléseit is. Ezek azt mutatják, hogy az univerzumban túlméretezett, vékony atmoszférájú csillagszerű kőbolygókkal rendelkező bolygórendszerek vannak túlsúlyban.
"Kepler megmutatta, hogy a Naprendszer belső része egyszerűen hiányzik" - mondja Laughlin. A gázóriások is - mutat rá - általában tízszer közelebb vannak a naphoz más rendszerekben, mint a Merkúr. "Ez arra késztetett bennünket, hogy vajon a Jupiter megalakulása és a Grand Tack manőver megtisztíthatta-e a Naprendszer belsejét. Ha Naprendszerünk hasonlóan nézne ki, mint a többi, akkor néhány szuperföldnek kellett volna pályán állnia a Nap közelében . " De ha ez történt, akkor természetesen felmerül a kérdés, hova tűntek el ezek az égitestek.
Batygin és Laughlin azt sugallják, hogy a szuperföldek még a Jupiter befelé tartása előtt jöttek létre. "Mindenekelőtt a nagy sziklás bolygók jöttek volna létre, és nagyon gyorsan" - magyarázza Laughlin. "Nagy mennyiségű anyaghoz tudtak hozzájutni, mert a sűrűség olyan közel volt a központi csillaghoz. És olyan gyorsan nőttek, mert keskeny pályájukon nagyon gyorsan körbejárták a napot."
Amikor a Jupiter a Grand Tack hipotézise szerint a nap irányába kezdett haladni, Batygin és Laughlin képzelete összekeverte a szuperföldek pályáit. Összeütköztek és összetörtek, így, ahogy Laughlin mondja, "a Jupiter befelé irányuló mozgása korán megsemmisítette". A gázóriás akkor is olyan helyzetben volt, hogy testvérei megfigyelhetők más bolygórendszerekben.
Ütközési kaszkád
"A mi forgatókönyvünk szerint a Jupiter egy teljes ütközési kaszkádot indított el, amelyen keresztül a Föld pályájának mai területén az összes bolygó konfrontációs pályára lépett, és végül apró darabokban ért véget" - mondja Laughlin. Az eredmény: A szuperföldek maradványai a napon landoltak, és a Merkúr pályáján lévő összes gázmaradványt magukkal vitték, így ma ásító üresség van.
Ha az elmélet bebizonyosodik, megmagyarázná, miért néz ki rendszerünk mindenekelőtt annyira másként, és miért sokkal kisebbek a mai Föld-szerű bolygók. Talán valóban létezett a szuperföldek első generációja, amelyet elpusztítottak, és számos kisebb, alacsonyabb tömegű tárgy számára helyet biztosítottak.
"A Grand Tack manőver gyakran figyelmen kívül hagyott következménye, hogy a Jupiter egyfajta roncsgömbként behatolt a Naprendszer belsejébe, és elrontotta a bolygók eredeti konfigurációját" - mondja Laughlin. "Csak ezután a Jupiter és a Szaturnusz egy pálya-rezonancia hatására ismét kifelé mozdult, végül a föld és a többi sziklabolygó képződött abból, amit a lengő roncsgömb Jupiter hagyott."
A kutató szerint ez az oka a földi bolygók alacsonyabb életkorának is. Csak akkor volt hely számukra, miután a Jupiter megtisztította a belső naprendszert. "Ez összefüggő magyarázatot ad arra, hogy a sziklás bolygók miért fiatalabbak a gázóriásoknál, bár valójában a korai kezdés előnyét kellett volna élvezniük anyaggazdag területen és a nap körüli gyors keringési idejüket."
Az eredmény egy meglehetősen szokatlan naprendszer, amely Jupiter számára gyermekkorában különösen romboló szerepet játszik. "Nagyon úgy tűnik, hogy a Naprendszer furcsa és figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkezik" - mondja Laughlin.
Naprendszerünk különleges lenne
Olyan gázbolygó, mint a Jupiter, szinte kör alakú pályán - ilyesmit nem találunk minden naprendszerben. Valójában ezt csak az összes rendszer alacsony százalékában látjuk. A Merkúr pályáján lévő anyagok teljes hiánya szintén szokatlan. Talán csak ezért nem tudtak a földi bolygók hozzáférni a protoplanetáris korong gáz-por felhőjéhez, amikor kialakultak.
A föld is másképp nézne ki, ha a bolygók úgy alakultak volna, mint a legtöbb más rendszerben. "Ez azt jelentheti, hogy a Földhöz hasonló szilárd felszínű és légköri nyomású bolygók viszonylag ritkák. Ez most tiszta spekuláció, de úgy gondolom, hogy a földönkívüli élettel kapcsolatos rengeteg vad spekulációra való tekintettel tökéletesen helyénvaló kifejezni azokat a gondolatokat, amelyek javasoljon óvatosan konzervatív, kevésbé izgalmas értelmezést. "
Morbidellit még mindig nem győzi meg ez a modell. Batygin és Laughlin munkáját nem elég érettnek tartja; sok szempontot kell alaposabban megvizsgálni. Véleménye szerint a protoplanetáris korongnak volt egy belső határa, amelyet a bolygók nem léphettek át.
"Vannak olyan erők, amelyek a bolygókat ezen a határon tartják" - mondja. "Ezek az erők a por vonzerejével versenyeznek." Ezért a bolygók nem tudtak túl közel kerülni a naphoz. És vannak olyan kutatók is, akik nem bíznak a grand tack hipotézis egészében. Ezenkívül még nem ismerjük az összes következményt, ha bebizonyosodna ez az elmélet.
"A bizonyítékok különlegessé tennék a Naprendszert" - mondja Morbidelli. "Ez azt mutatná, hogy csak egy nagyon meghatározott eseménysorozaton keresztül létezünk, amelyekről tudjuk, hogy nem szabványosak az univerzumban. Ha például a Jupiter később indult volna, az emberiség nem létezne, mert a Föld Félreértés ne essék, nem azt mondom, hogy ez egyedi, vagy hogy Isten keze érintett volna, de ez az eseménysor valóban nem nagyon fordul elő. "