Vigtigste AstronomiDe kæmpe planeter i solsystemet bedøvede Mars vækst

De kæmpe planeter i solsystemet bedøvede Mars vækst

Astronomi : De kæmpe planeter i solsystemet bedøvede Mars vækst

I århundreder har astronomer og forskere forsøgt at forstå, hvordan vores solsystem blev. Siden den tid er to teorier blevet almindeligt accepterede, der forklarer, hvordan den dannede sig og udviklede sig over tid. Dette er henholdsvis nebularhypotesen og Nice-modellen. Mens førstnævnte hævder, at solen og planeterne dannede sig fra en stor sky af støv og gas, fastholder sidstnævnte, at gigantplaneterne er vandret siden deres dannelse.

Dette er, hvad der har ført til solsystemet, som vi kender det i dag. Imidlertid er et vedvarende mysterium om disse teorier, hvordan Mars blev sådan som det er. Hvorfor er den for eksempel betydeligt mindre end Jorden og uvurderlig for livet, som vi kender det, når alle indikationer viser, at det skal være sammenligneligt i størrelse? Ifølge en ny undersøgelse fra et internationalt team af videnskabsmænd kunne migrationen af ​​gigantplaneterne have været det, der gjorde forskellen.

I over et årti har astronomer arbejdet under den antagelse, at kort efter dannelsen af ​​solsystemet begyndte at migrere gas- og isgiganterne i det ydre solsystem (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune) udad. Dette er substansen i Nice-modellen, som hævder, at denne migration havde en dyb virkning på udviklingen af ​​solsystemet og dannelsen af ​​de jordiske planeter.

Denne model - opkaldt efter placeringen af ​​Observatoire de la Côte d'Azur (i Nice, Frankrig), hvor den oprindeligt blev udviklet - begyndte som en evolutionær model, der hjalp med at forklare den observerede fordeling af små objekter som kometer og asteroider. Som Matt Clement, en kandidatstuderende i HL Dodge Department of Physics and Astronomy ved University of Oklahoma og hovedforfatteren på papiret, forklarede Universe Today via e-mail:

”I modellen dannede de gigantiske planeter (Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune) oprindeligt meget tættere på Solen. For at nå deres nuværende orbitale placeringer gennemgår hele solsystemet en periode med orbital ustabilitet. I denne ustabile periode ændres størrelsen og formen på den gigantiske planets baner hurtigt. ”

Af hensyn til deres undersøgelse, som for nylig blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Icarus under titlen "Mars Growth Stunted by an Early Giant Planet Instability", udvidede teamet på Nice Model. Gennem en række dynamiske simuleringer forsøgte de at vise, hvordan under det tidlige solsystem blev væksten af ​​Mars stoppet takket være kæmpeplaneternes orbitale ustabilitet.

Formålet med deres undersøgelse var også at tackle en fejl i Nice-modellen, hvilket er, hvordan de jordiske planeter kunne have overlevet en alvorlig ryster af solsystemet. I den originale version af Nice-modellen forekom ustabiliteten af ​​gigantplaneterne et par hundrede millioner år efter, at planeterne blev dannet, hvilket faldt sammen med den lette tunge bombardement - da det indre solsystem blev bombarderet af et uforholdsmæssigt stort antal asteroider.

Denne periode fremgår af spids i Månens kraterrekord, der blev udledt af en overflod af prøver fra Apollo-missionerne med lignende geologiske datoer. Som Clement forklarede:

”Et problem med dette er, at det er vanskeligt for de jordiske planeter (Merkur, Venus, Jorden og Mars) at overleve den voldelige ustabilitet uden at blive kastet ud af solsystemet eller kollidere med hinanden. Nu hvor vi har bedre billeder i høj opløsning af månekrater og mere præcise metoder til datering af Apollo-prøverne, er beviset for en stigning i månekrateringshastighederne mindre. Vores undersøgelse undersøgte, om flytning af ustabiliteten tidligere, mens de indre jordiske planeter stadig var under dannelse, kunne hjælpe dem med at overleve ustabiliteten og også forklare, hvorfor Mars er så lille i forhold til Jorden. ”

Clement kom sammen af ​​Nathan A. Kaib, en professor i astrofysik i OU, samt Sean N. Raymond fra University of Bordeaux og Kevin J. Walsh fra Southwest Research Institute. Sammen brugte de computerressourcerne fra OU Supercomputing Center for Education and Research (OSCER) og Blue Waters supercomputing-projekt til at udføre 800 dynamiske simuleringer af Nice-modellen for at bestemme, hvordan det ville påvirke Mars.

Disse simuleringer inkorporerede nylige geologiske beviser fra Mars og Jorden, der indikerer, at Mars 'dannelsesperiode var ca. 1/10 af Jordens. Dette har ført til teorien om, at Mars blev efterladt som et "strandet planetembryo" under dannelsen af ​​Solens indre planeter. Som prof. Kaib forklarede til Universe Today via e-mail, var denne undersøgelse derfor beregnet til at teste, hvordan Mars opstod fra planetarisk dannelse som et planetarisk embryo:

”Vi simulerede den” gigantiske påvirkningsfase ”af jordbaseret planetdannelse (det sidste trin i dannelsesprocessen). I begyndelsen af ​​denne fase består det indre solsystem (0, 5-4 AU) af en disk med omkring 100 måne-til-mars-store planetariske embryoner indlejret i et hav af meget mindre, flere talrige stenede planetesimaler. I løbet af 100-200 millioner år kolliderer de organer, der udgør dette system, og smelter sammen til en håndfuld (typisk 2-5) stenede planetariske masselegemer. Normalt bygger disse typer enkle startbetingelser planeter på Mars-lignende baner, der er ca. 10x mere massiv end Mars. Når den jordiske planetdannelsesproces imidlertid afbrydes af Nice-modellens ustabilitet, mistes eller kastes mange af planetens byggesten i nærheden af ​​Mars-regionen. Dette begrænser væksten af ​​Mars-lignende planeter og producerer en tættere match til vores faktiske indre solsystem. ”

Størrelsesammenligning mellem Jorden og Mars. Kredit: NASA

Hvad de fandt, var, at denne reviderede tidslinje forklarede forskellen mellem Mars og Jorden. Kort sagt, Mars og Jorden varierer betydeligt i størrelse, masse og densitet, fordi gigantplaneterne blev ustabile meget tidligt i solsystemets historie. I sidste ende er det dette, der gjorde det muligt for Jorden at blive den eneste livsbærende jordiske planet i solsystemet, og for Mars at blive det kolde, udtørrede og tyndt atmosfæriske sted, som det er i dag.

Som professor Kaib forklarede, er dette ikke den eneste model til at forklare forskellen mellem Jorden og Mars, men beviserne passer alle sammen:

”Uden denne ustabilitet ville Mars sandsynligvis have haft en masse tættere på Jordens og ville være en meget anderledes, måske mere jordlignende planet sammenlignet med hvad den er i dag, ” sagde han. ”Jeg skal også sige, at dette ikke er den eneste mekanisme, der er i stand til at forklare Mars 'lave masse. Vi ved imidlertid allerede, at Nice-modellen gør et fremragende stykke arbejde med at gengive mange funktioner i det ydre solsystem, og hvis den forekommer på det rigtige tidspunkt i solsystemets historie, ender det også med at forklare vores indre solsystem. ”

Denne undersøgelse kan også have drastiske konsekvenser, når det gælder studiet af ekstrasolsystemer. På nuværende tidspunkt er vores modeller for, hvordan planeter formes og udvikles, baseret på, hvad vi har været i stand til at lære af vores eget solsystem. Ved at lære mere om, hvordan gasgiganter og jordbaserede planeter voksede og antog deres nuværende kredsløb, vil forskere være i stand til at skabe mere omfattende modeller af, hvordan livsbærende planeter kunne smelte sammen med andre stjerner.

Det ville bestemt hjælpe med at indsnævre søgningen efter ”jordlignende” planeter og (tør vi drømme?) Planeter, der understøtter livet.

Yderligere læsning: University of Oklahoma, Icarus

Kategori:
Messier 36 - Pinwheel Cluster
Gennembrud lofter de mindste satellitter nogensinde, ikke interstellar endnu, men et skridt fremad