Предвещает ли это неоткрытую планету?

Все звезды, включая наше Солнце, рождаются из облака пыли и газа. Это облако также может засеять планеты, вращающиеся вокруг звезды. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Сет Джейкобсон из Мичиганского государственного университета и его коллеги из Китая и Франции раскрыли новую теорию, которая может помочь решить галактическую загадку о том, как развивалась наша Солнечная система. В частности, как газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — оказались на такой орбите вокруг Солнца?

Исследование также имеет значение для того, как сформировались планеты земной группы, такие как Земля, и потенциал пятого газового гиганта, который может скрываться на расстоянии 50 миллиардов миль.

«Наша Солнечная система не всегда была такой, как сегодня. На протяжении всей ее истории орбиты планет радикально менялись», — сказал Джейкобсон, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде в Колледже естественных наук. — Но мы можем узнать, что произошло.

Исследование опубликовано в журнале вспыльчивый характер 27 апреля, объясняя, что случилось с газовыми гигантами других солнечных систем и нашей.

Это красивая модель

Звезды рождаются из огромных облаков космической пыли и газа. Когда наше Солнце загорелось, ранняя Солнечная система все еще была заполнена примитивным газовым диском, сыгравшим важную роль в формировании и эволюции планет, в том числе газовых гигантов.

В конце 20 века ученые начали полагать, что газовые гиганты изначально вращались вокруг Солнца по аккуратным, компактным и равномерно расположенным орбитам. Но Юпитер, Сатурн и другие давно расположились на относительно вытянутых, наклонных и разбросанных орбитах.

Итак, вопрос для исследователей сейчас: «Почему?»

В 2005 году международная группа ученых предложила ответ на этот вопрос в виде трех этапов. вспыльчивый характер Листья. Решение было первоначально разработано в Ницце, Франция, и известно как Nice Model. Предположительно, между этими планетами существует нестабильность, хаотический набор гравитационных взаимодействий, которые в конечном счете направляют их на текущую траекторию.

«Это был фундаментальный сдвиг в образе мышления людей в ранней Солнечной системе», — сказал Джейкобсон.

Модель Несса по-прежнему является ведущей интерпретацией, но за последние 17 лет ученые нашли новые вопросы о причинах нестабильности модели Несса.

Например, первоначально считалось, что нестабильность газового гиганта произошла через сотни миллионов лет после рассеивания первичного газового диска, породившего Солнечную систему. Но более свежие данные, в том числе найденные в лунных породах, обнаруженных миссиями «Аполлон», предполагают, что это произошло быстрее. Это также поднимает новые вопросы о том, как развивалась внутренняя Солнечная система, представляющая Землю.

Работая с Бэйбэй Лю из Чжэцзянского университета в Китае и Шоном Рэймондом из Бордоского университета во Франции, Джейкобсон помог найти решение относительно того, как возникла нестабильность. Команда предложила новый триггер.

«Я думаю, что наша новая идея может снять большую напряженность в этой области, потому что то, что мы предложили, является очень естественным ответом, когда произошла нестабильность гигантской планеты», — сказал Джейкобсон.

Нестабильность в ранней Солнечной системе

Художественная визуализация показывает гипотетическую раннюю солнечную систему с молодой звездой, расчищающей путь из газа и пыли, оставшихся после ее образования. Это действие по очистке повлияет на орбиты газовых гигантов, вращающихся вокруг звезды. Авторы и права: NASA/JPL-Caltech/Т. Пайл (SSC)

новый триггер

Идея началась с разговора, который Раймонд и Якобсен провели в 2019 году. Они предположили, что газовые гиганты могли оказаться на своем нынешнем пути из-за того, как испарился первичный газовый диск. Это могло бы объяснить, как планеты размножались гораздо раньше в эволюции Солнечной системы, чем первоначально предполагалось в модели Несса, и, возможно, даже без нестабильности, толкающей их туда.

«Мы задавались вопросом, действительно ли модель Ниццы необходима для объяснения Солнечной системы, — сказал Рэймонд. «Мы пришли к выводу, что планеты-гиганты могут распространяться за счет эффекта «отскока» по мере того, как диск рассеивается, возможно, даже не сотрясаясь».

Затем Рэймонд и Якобсен обратились к Лю, который впервые предложил эту идею эффекта отскока посредством обширного моделирования газовых дисков и больших экзопланет — планет в других солнечных системах — вращающихся вокруг своих звезд.

«Ситуация в нашей Солнечной системе немного отличается, потому что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун распределены по более широким орбитам», — сказал Лю. «После неоднократных мозговых штурмов мы поняли, что проблема может быть решена, если газовый диск рассеется изнутри наружу».

Рэймонд сказал, что команда обнаружила, что это рассеяние наизнанку является естественным стимулом для нестабильности модели Ниццы.

«В итоге мы продвигали модель Ниццы, а не разрушали ее», — сказал он. «Это была забавная иллюстрация, чтобы проверить наши предубеждения и следить за результатами, где бы они ни были».

С новым лаунчером картинка в начале нестабильности выглядит так же. Есть еще зарождающееся солнце, окруженное облаком газа и пыли. Горстка молодых газовых гигантов вращается вокруг звезды по аккуратным компактным орбитам через это облако.

“Все солнечные системы формируются из газово-пылевого диска, — сказал Джейкобсон. — Это естественный побочный продукт формирования звезд”. «Но когда солнце загорается и начинает сжигать свое ядерное топливо, оно генерирует солнечный свет, нагревает диск и, в конце концов, выдувает его изнутри».

Это создало растущую дыру в солнечном облаке газа. По мере того, как дыра росла, ее края проходили через орбиты всех газовых гигантов. Этот переход приводит к столь необходимой нестабильности планеты-гиганта с очень высокой вероятностью, согласно компьютерному моделированию, проведенному командой. Процесс перемещения этих больших планет на их нынешние орбиты также происходит быстро по сравнению с исходной временной шкалой модели Несса, исчисляемой сотнями миллионов лет.

«Нестабильность возникает рано, когда газовый диск Солнца рассеивается, и сохраняется в течение периода от нескольких миллионов до 10 миллионов лет после рождения Солнечной системы», — сказал Лю.

Новый триггер также смешивает материалы из внешней и внутренней Солнечной системы. Геохимия Земли предполагает, что такое смешение должно происходить, пока наша планета еще находится в процессе формирования.

«Этот процесс действительно взбудоражит внутреннюю Солнечную систему, и из этого может вырасти Земля», — сказал Джейкобсон. «Это очень согласуется с примечаниями». Изучение взаимосвязи между нестабильностью и формированием суши является темой будущей работы группы.







Эта анимация показывает результаты моделирования, которые показывают, как Солнечная система может быть перестроена испаряющимся облаком пыли и газа. Внутренний край этого облака, который выглядит как вертикальная серая линия, начинается около Солнца (крайний слева) и пересекает орбиты Юпитера и Сатурна, гипотетического пятого газового гиганта, Урана и Нептуна. Кредит: любезно предоставлено Лю и др.

Наконец, новая интерпретация команды также применима к другим солнечным системам в нашей галактике, где ученые наблюдали газовые гиганты, вращающиеся вокруг своих звезд в конфигурации, подобной той, которую мы видим в нашей группе.

«Мы всего лишь один пример солнечной системы в нашей галактике», — сказал Джейкобсон. «Мы показываем, что нестабильность произошла по-другому, более глобально и последовательно».

Планета 9 из космоса

Хотя в статье группы это не подчеркивается, Джейкобсон сказал, что работа имеет значение для одного из самых популярных и иногда горячих споров о нашей Солнечной системе: сколько в ней планет?

В настоящее время ответ равен восьми, но оказывается, что модель Ниццы работала немного лучше, когда в ранней Солнечной системе было пять газовых гигантов вместо четырех. К сожалению, согласно модели, эта дополнительная планета была выброшена из нашей Солнечной системы во время нестабильности, что помогло оставшимся газовым гигантам найти свои орбиты.

Однако в 2015 году исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили доказательства того, что на окраине Солнечной системы может находиться неизвестная до сих пор планета, примерно в 50 миллиардах миль от Солнца и примерно в 47 миллиардах миль дальше от Нептуна.

До сих пор нет конкретных доказательств существования этой гипотетической планеты по прозвищу «Планета X» или «Планета 9» или «лишней» планеты модели Ниццы. Но если они есть, могут ли они быть одним и тем же?

Джейкобсон и его коллеги не смогли напрямую ответить на этот вопрос с помощью своих симуляций, но они могут сделать следующее лучшее. Зная, что их триггер нестабильности правильно воспроизводит текущую картину нашей Солнечной системы, они могут проверить, работает ли их модель лучше всего, начиная с четырех или пяти газовых гигантов.

«Для нас результат был очень похожим, если вы начали с четырех или пяти», — сказал Джейкобсон. «Если вы начнете с пяти, у вас больше шансов получить четыре. Но если вы начнете с четырех, вы в конечном итоге лучше сопоставите орбитали».

В любом случае, у человечества скоро должен быть ответ. Обсерватория Веры Рубин, которая должна начать работу к концу 2023 года, должна быть в состоянии обнаружить Планету 9, если она там присутствует.

«Планета 9 очень противоречива, поэтому мы не подчеркивали ее в газете, но нам нравится говорить об этом с общественностью», — сказал Джейкобсон.

Это напоминание о том, что наша Солнечная система — динамичное место, полное загадок и открытий, ожидающих своего открытия.


Моделирование предполагает, что планета размером с Землю или Марс может скрываться за пределами Нептуна.


Дополнительная информация:
Beibei Liu et al. Нестабильность ранней Солнечной системы в результате рассеяния газовым диском. вспыльчивый характер (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-04535-1

Предоставлено Университетом штата Мичиган.

цитата: Нестабильность в ранней Солнечной системе: предзнаменование неоткрытой планеты? (2022, 27 апреля). Получено 29 апреля 2022 г. с https://phys.org/news/2022-04-instability-solar-portend-undiscovered-planet.html.

Этот документ защищен авторским правом. Несмотря на любые добросовестные отношения с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Leave a Comment