Юпітер - вбивця планети Телеполіс
Діаграма Юпітера: внутрішня робота, поверхня, кільця та внутрішні супутники. Зображення: Kelvinsong. Ліцензія: CC-BY-SA-3.0
Він контролює Марс і знищив можливі надземлі: газовий гігант Юпітер допоміг сформувати нашу Сонячну систему, як жодна інша планета
Юпітер давно добре відомий астрономам. Ми знаємо, що це газовий гігант масою 317,8 Землі. Юпітер удвічі важчий за всі інші планети Сонячної системи разом узятих. Чотири великі супутники обертаються навколо нього і ряд менших, і він неймовірно швидко обертається на власній осі. Отже, день на Юпітері триває менше десяти годин.
Але Юпітер завжди корисний для сюрпризів. Чи могли б ви подумати, що ця гігантська куля водню та гелію, свого роду велика шкідлива кулька, вирішально сформувала вигляд сьогоднішньої Сонячної системи?
Як відомо, вісім планет рухаються фіксованими орбітами навколо Сонця. Найближче до центральної зірки знаходиться Меркурій, за яким слідують Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Але це було не завжди, і орбітологічний поділ має деякі особливості, які вже деякий час турбують астрономів.
Проблема Марс
Однією з таких проблем є Марс. Кожного разу, коли дослідники намагалися змоделювати на комп’ютері формування чотирьох внутрішніх планет Сонячної системи, червона планета або зросла вдесятеро більша, ніж насправді, - або вона оберталася навколо Сонця всередині. Щось, так припускає, мабуть, завадило Марсу рости і витягло його орбіту назовні. І цим, як сьогодні говорять деякі астрономи, був Юпітер.
Протягом багатьох років різні дослідження намагалися вирішити проблему тим чи іншим чином. У 2009 році Бред Хансен з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі опублікував тезу про те, що твердий матеріал існував у ранній сонячній системі лише до певного радіусу навколо Сонця. Усі протопланети, що обертаються на відстані більше астрономічної одиниці, не знайшли б достатньо матеріалу, щоб перерости у справжню планету.
Ідея звучала добре: оскільки одна астрономічна одиниця (АС) відповідає відстані між Сонцем і Землею, було б логічно, що Земля і Венера досягли б значно більших мас, ніж Марс. На відстані 1,5 а.е. Червона планета оберталася поза межами, визначеними Хансеном. Це залишило б у нього менше гірських порід для вирощування - мабуть, ідеальне пояснення.
Але бракувало одного ключового елемента: "Хансен не пояснив причину, він просто постулював [положення цієї межі]", - говорить астроном Алессандро Морбіделлі. Модель ігнорувала газових гігантів та пояс астероїдів поза межами 1 АС. «Як це може бути?» - запитав Морбіделлі. Разом із Шоном Реймондом, Кевіном Уолшем, Аві Манделлом та Девідом О’Брайеном він почав уважніше розглядати Юпітер, найбільшу планету Сонячної системи, щоб пояснити відсутність маси Марса.
Гіпотеза грандіозності
Команда розробила велику гіпотезу ("великий перелом"). Вона припустила, що спочатку сформувався одинокий Юпітер, який двічі міняв свою позицію в молодості. Спочатку він рухався всередину до сонця, а потім знову мігрував назовні до свого теперішнього положення.
Тут воно стає захоплюючим. "Ми знали, що, щоб зменшити Марс, нам потрібен матеріальний дефіцит у його зоні зростання", - говорить Реймонд, астроном з Лабораторії астрофізики у Бордо, Франція. "Це досить проста ідея: Марс - на відміну від Землі та Венери - тоді, мабуть, сидів на дієті. Тож ми подумали: а що, якби Юпітер спочатку був на місці Марса?"
Тому дослідники постулювали, що Юпітер в якийсь момент був на шляху: з відстані 3,5 а.е. гравітаційне тяжіння щільного газу внутрішнього протопланетного диска притягнуло його до 1,5 а.е. до Сонця - в основному саме це місце Марс кружляє сьогодні. Наблизитися не могло - знову ж таки через високу щільність оригінального диска. Але Юпітер мав можливість поглинути багато гірського матеріалу, який обертався навколо Сонця на цій відстані, і одночасно впливати на майбутнє зростання Марса.
На даний момент жодна із планет Землі не сформувалася. Меркурій, Венера, Земля та Марс молодші за газові планети, і вони також утворилися пізніше. Великий сценарій, який, мабуть, розігрався в перші десять мільйонів років після утворення Сонячної системи, передбачає, що Сатурн слідував за своєю планетою-сестрою, рухаючись всередину, і що обидва досягли орбітального резонансу.
Це означає, що вони періодично впливали один на одного своєю силою притягання і тим самим виконували своєрідний космічний танець, в результаті якого весь газ транспортувався з внутрішньої зони назовні. Нарешті вони також знову виштовхнули одне одного назовні, де зайняли свої нинішні позиції.
З тих пір Юпітер обертався навколо Сонця на відстані 5,2 а.е. Але оскільки вона поглинала стільки гірського матеріалу на орбіті Марса, червона планета більше не могла рости в такій мірі, як Венера та Земля. Оскільки Юпітер наблизився не ближче ніж 1,5 а.е., однак він не зміг вплинути на тверді запаси у внутрішній зоні. Отже, три найглибші планети - Меркурій, Венера та Земля - змогли рости, як очікувалося.
Порівняння із землею
Порівняння із Землею показує конкретний вплив цього маневру на Марс. Спочатку вони обоє дуже швидко збирали масу, але лише наша планета продовжувала це робити. Вважається, що Марс утворився на відстані близько 1 а.е., де спочатку він знайшов достатню кількість гірської їжі для формування його ядра. Але потім гравітаційними силами воно було витіснене назовні - в область, в якій бракувало матеріалу для подальшого зростання.
Тому Червона планета досягла остаточного розміру набагато раніше, ніж земля. "Період, в який утворився Марс, набагато коротший, ніж у Землі", - пояснює Морбіделлі, додаючи, що Земля накопичила половину своєї маси за перші п'ять-десять мільйонів років. "Земля зайняла загалом 100 мільйонів років, але Марс зайняв лише чотири мільйони. Це означає, що спочатку Марс також виріс, але потім раптово перестав збільшуватися.
Теза про те, що Юпітер очистив орбіту Марса, пояснює як малі розміри Марса, так і той факт, що його ріст зупинився настільки несподівано. "Однак це може бути не єдиним способом, яким Юпітер змінює зовнішній вигляд світу Деякі дослідники вважають, що колись суперземлі оберталися навколо Сонця, приблизно в десять разів важчі за нашу рідну планету, але менші за Нептун.
Сонячна система 1.0
Ці великі гірські планети оберталися навколо Сонця на значно меншій відстані, як це можна спостерігати сьогодні в багатьох інших планетарних системах. У певному сенсі вони належали до "Сонячної системи 1.0" - на відміну від другої, добре відомої версії. Вбивця планет Юпітер повинен нести відповідальність за те, що цих суперземл сьогодні вже не існує.
Ця ідея звучить досить фантастично - але це частина теорії, яку висунули Костянтин Батигін, дослідник планет з Каліфорнійського технологічного інституту та Грег Лафлін, астроном з Каліфорнійського університету. Дослідники включають як гіпотезу грандіозних прийомів, так і спостереження за допомогою телескопа Кеплера. Вони показують, що у Всесвіті переважають планетарні системи з великими зіркоподібними гірськими планетами з тонкою атмосферою.
"Кеплер показав, що внутрішня частина Сонячної системи просто відсутня", - говорить Лафлін. Він також зазначає, що газові гіганти, як правило, в десятки разів ближче до Сонця в інших системах, ніж Меркурій. "Це змусило нас замислитися, як утворення Юпітера і маневр" Гранд Так "могли очистити внутрішні райони Сонячної системи. Якби наша Сонячна система виглядала схожою на інші, то на орбіті біля Сонця повинно було бути кілька суперземл . " Але якщо це було так, природно виникає питання, куди зникли ці небесні тіла.
Батигін і Лафлін припускають, що суперземлі сформувалися ще до того, як Юпітер пробрався всередину. "Перш за все, великі скелясті планети сформувались би дуже швидко", - пояснює Лафлін. "Вони змогли отримати доступ до великого запасу матеріалу, оскільки щільність була настільки близькою до центральної зірки. І вони зростали так швидко, тому що дуже швидко обводили Сонце на своїх вузьких орбітах".
Коли Юпітер тоді почав рухатись у напрямку сонця згідно з гіпотезою Гранд Так, уява Батигіна та Лафліна переплутала орбіти надземля. Вони зіткнулися і зламалися, тому, як каже Лафлін, "були зруйновані на початку руху Юпітера всередину". Тоді газовий гігант також знаходився в положенні, коли його братів можна спостерігати в інших планетарних системах.
Каскад зіткнень
"У нашому сценарії Юпітер викликав цілий каскад зіткнень, через який всі планети в сучасному районі земної орбіти пройшли конфронтаційний курс і, нарешті, закінчилися невеликими шматками", - говорить Лафлін. Результат: Залишки суперземл приземлились на сонці і забрали з собою всі залишки газу на орбіті Меркурія, так що сьогодні там позіхає порожнеча.
Якби теорію можна було довести, це пояснювало б, чому наша система з усіх речей виглядає настільки відмінною від інших і чому планети, подібні до Землі, набагато менші. Можливо, справді існувало перше покоління суперземль, які були знищені та звільнили місце для ряду менших об’єктів меншої маси.
"Часто ігнорується наслідок маневру" Гранд Так ", що Юпітер проник углиб Сонячної системи як свого роду шкідливий куля і зіпсував початкову конфігурацію планет", - говорить Лафлін. "Лише тоді Юпітер і Сатурн знову перемістилися назовні в результаті орбітального резонансу, і нарешті земля та інші кам'янисті планети утворилися з того, що залишився від коливаючогося руйнуючого кулі Юпітера".
На думку дослідника, це також є причиною нижчого віку земних планет. Для них залишилось місце лише після того, як Юпітер очистив внутрішню Сонячну систему. "Це дає нам послідовне пояснення, чому кам'янисті планети молодші за газових гігантів, хоча насправді вони мали б отримати перевагу від раннього старту в багатому матеріалом районі та їх швидких орбітальних часів навколо Сонця".
Результат - досить незвична Сонячна система з особливо руйнівною роллю для Юпітера в дитинстві. "Це схоже на те, що Сонячна система має деякі дивні та чудові особливості", - говорить Лафлін.
Наша Сонячна система була б особливою
Газова планета, така як Юпітер, на майже круговій орбіті - ми не знаходимо чогось подібного в кожній Сонячній системі. Насправді ми бачимо це лише у низькому відсотку всіх систем. Повна відсутність будь-якого матеріалу на орбіті Меркурія також незвична. Можливо, це була єдина причина, через яку земні планети більше не мали доступу до газопилової хмари протопланетного диска, коли вони утворювались.
Земля також виглядала б інакше, якби планети сформувались, як у більшості інших систем. "Це може означати, що планети з твердими поверхнями і атмосферним тиском, як Земля, відносно рідкісні. Зараз це чиста спекуляція, але я думаю, враховуючи безліч диких домислів про позаземне життя, цілком доречно висловлювати думки, які вказують на пропоную обережно консервативну, менш захоплюючу інтерпретацію ".
Морбіделлі досі не переконаний цією моделлю. Він вважає творчість Батигіна та Лафліна недостатньо зрілою; багато аспектів потрібно було б розглянути більш пильно. На його думку, протопланетний диск мав внутрішню межу, яку планети не могли перетнути.
"Є сили, які утримують планети на таких межах", - говорить він. "Ці сили конкурують із залученням пилу". Тому планети не могли наблизитися до сонця. А також є дослідники, які не довіряють гіпотезі великого збору в цілому. Крім того, ми ще не знаємо всіх наслідків, якщо б цю теорію довелося довести.
"Докази роблять Сонячну систему особливою", - говорить Морбіделлі. "Це показало б, що ми існуємо лише через дуже певну послідовність подій, які, як ми знаємо, не є стандартними у Всесвіті. Якби Юпітер почав пізніше, наприклад, людство не існувало б, тому що Земля Не сприймайте мене неправильно, я не кажу, що це унікально або що була задіяна Божа рука, але така послідовність подій насправді трапляється не дуже часто "