Forskere fortsætter med at studere solsystemet, og det ser meget interessant ud. For eksempel har moderne planetariske kredsløb spor, der afslører de barske betingelser for solsystemets oprindelse - og muligvis eksistensen af en interstellar gigant, der blev villet for længe siden. Vores solsystem er som en kriminel scene, der skete for 4,6 milliarder år siden.
Moderne baner er fyldt med spor, der afslører de barske betingelser for solsystemets oprindelse - og muligvis eksistensen af en interstellar gigant, der for tidligt kom på villspor.
Vores solsystem er som en kriminel scene, der skete for 4,6 milliarder år siden.
Overflader, der er strøet med kratre, fordrevne planetariske kredsløb og skyer af interplanetisk affald, er kosmiske analoger af blodsprøjt på væggen og glidemærker i en bil, der efterlader en forfølgelse. Disse og andre ledetråde fortæller om den kaotiske oprindelse af vores planetariske familie.
Lurer blandt disse fodaftryk er ledetråde om et mistet søskende, planet 9 (nej, ikke Pluto), kastet væk i det tyngdepunkt, der fulgte med den oprindelige dannelse af solsystemet.
I dag dominerer fire enorme planeter periferien af solsystemet: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune. Bag dem er Kuiper Belt - et felt med isskår, blandt hvilke Pluto findes.
”Tror ikke, at periferen af solsystemet altid har været den samme, som det er nu,” siger David Nesvorny, planetvidenskabsmand ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, der først talte for den løbsk planet i 2011. år.
Nesvorni er medlem af en gruppe videnskabsfolk, der prøver at finde ud af, hvordan solsystemet udviklede sig i de første par hundrede millioner år af sin eksistens. Ved hjælp af sofistikerede computermodeller kompilerede forskerne en kronologi om kollisioner mellem nyfødte planeter, der opstod relativt tæt på hinanden - de skiftede skiftevis og sprang fra en bane til en anden. Disse modeller har afsløret mange små detaljer om, hvordan planeter, asteroider og kometer roterer rundt om solen i dag.
Salgsfremmende video:
Der var kun et problem. Typisk sluttede simulerede scenarier med, at enten Uranus eller Neptune blev drevet ud af solsystemet, som Nesvorny skrev i september i den årlige gennemgang af astronomi og astrofysik.
Da Uranus og Neptune i virkeligheden forbliver på deres steder - rumfartøjer har besøgt både det ene og det andet - noget i disse scenarier fungerede ikke. Men som mange forskere har mistanke om, kan den femte gigantiske planet meget vel være nøglespilleren i dette mysterium og det manglende led i solsystemets historie.
Tabt planet
Astronomer er afhængige af computermodeller for at genskabe disse gamle scener og skabe tusinder af forskellige solsystemer på tusinder af forskellige måder. De oversætter fysikkens love og uanset hvilke oprindelige planetariske positioner de kan tænke på til kode. Forskeren sætter parametrene - en planet her, en masse asteroider der - og læner sig derefter tilbage i sin stol og lader det simulerede miljø gøre alt det arbejde for ham. Efter et par uger i realtid - millioner af år i modellen - tjekker astronomen resultaterne for at se, hvad der skete med solsystemet. Jo tættere det er på virkeligheden, jo mere vellykket er modellen.
Dette gjorde, hvad Nesvorni gjorde i 2009. Han dykkede ned i virtuelle solsystemer i et forsøg på at redde virtuel Uranus og virtuel Neptune fra deres virtuelle stier i det dybe rum.
Problemet var Jupiter, en kæmpe hooligan-planet, hvis tyngdekraft kan nå langt nok til at blive skubbet rundt af mindre planeter og forskellige affald. I den hittil mest succesrige simulering sprang Jupiter og en af de to ydre planeter fra hinanden og til sidst slog sig ned i deres nuværende kredsløb. Men dette skete kun i en procent af alle modeller. I de resterende 99% af tilfældene kastede Jupiter Uranus eller Neptune så hårdt, at de forlod solsystemet og aldrig vendte tilbage til det.
”Dette gjorde situationen meget mystisk, da vi vidste, at Uranus og Neptune fortsatte med at eksistere i deres nuværende form,” siger Nesvorni. Så han fortsatte med at eksperimentere. Efter et år med simulering af utallige forskellige scenarier, begyndte han at tænke på at tilføje martyrplaneter - ekstra planeter ofret for at redde resten.
”Jeg simulerede bare deres eksistens for at se, hvad der skete, og ikke fordi jeg var seriøs med selve ideen,” siger Nesvorni. "Men så indså jeg, at der kunne være et rimeligt korn i det." Han kørte omkring 10.000 scenarier og ændrede antallet af ekstra planeter, deres oprindelige placering og massen af hver af dem.
Den bedste mulighed, som mest nøjagtigt forudsagde den aktuelle tilstand af vores solsystem, viste sig at være en, hvor den ekstra planet var placeret mellem de oprindelige baner fra Saturn og Uranus. Med hensyn til masse var planeten omtrent lig med Uranus og Neptune og var næsten 16 gange større end Jorden. Det er sådan en planet, der kunne kollidere med Jupiters bane og flyve ud af solsystemet.
Grafen viser, hvordan afstanden mellem planeterne og solen har ændret sig over tid. De første par millioner år i computermodellen skiftede banerne langsomt, så var der en tæt kontakt mellem Saturn (grøn) og en ekstra planet (lilla), hvilket førte til destabiliseringen af banerne. Stiplede linjer angiver de aktuelle størrelser på banerne. (Kilde: hentet fra materialer fra D. Nesvorny / sektion af astronomi og astrofysik fra magasinet Knowable, 2018.)
Chancerne er stadig tynde. I efterfølgende modeller endte denne justering med succes i cirka fem procent af tiden.”Eksistensen af solsystemet, som det nu er, er hverken typisk eller forudsigelig,” bemærkede Nesvorny i 2012 i et papir, der var co-skrevet med sin kollega Alessandro Morbidelli fra den franske rivieraobservatorium. På trods af dette var modellen en betydelig forbedring i forhold til succesraten på 1% for de modeller, der kun omfattede de fire gigantiske planeter, vi kender og elsker i dag.
”At antage, at en femte planet gør det meget lettere at forklare, hvad der sker,” siger Sean Raymond, planetvidenskabsmand ved University of Bordeaux i Frankrig. Og selvom beviserne for det meste er omstændighederne, "er det meget mere logisk at antage, at der også var en femte planet."
Dette kan virke som en meget kontroversiel antagelse. Hvordan kan astronomer vide noget om, hvad der skete for fire milliarder år siden, selv med de planeter, som vi kan se nu, og hvad så de, som vi ikke ved noget om? Det viser sig imidlertid, at planeterne har efterladt en masse kampens arr for ungdom som bevis for fremtidens detektiver.
Interplanetær blodsprøjt
”Vi er mere end sikre på, at planeterne ikke stammer fra, hvor de er i dag,” sagde Nathan Keib, en planetvidenskabsmand ved University of Oklahoma i Norman.
Denne erkendelse skete imidlertid ganske for nylig. I det meste af historien har astrologer ikke været i tvivl om, at planeterne altid har været i deres nuværende kredsløb. Men i de tidlige 1990'ere indså forskerne, at der manglede noget i en sådan model.
Neptune og Triton.
Lige ud over Neptuns bane ligger Kuiper-bæltet, en spredning af isrester, der omkranser solen.”Dette er vores blodsprøjt på væggen,” siger Konstantin Batygin, en planetvidenskabsmand ved Californiens teknologiske institut.
Placeringen af Kuiper-bælteobjekter førte forskere til den uundgåelige konklusion: Neptun burde have dannet sig meget tættere på Solen, end dens nuværende placering antyder. Mange Kuiper Belt-objekter klumper sig sammen i koncentriske baner, der vagt ligner riller på en musikalsk plade. Disse baner er næppe tilfældige - de er direkte relateret til Neptune.
For eksempel er Pluto den mest berømte indbygger i Kuiper-bæltet. Han og et par hundrede af hans medrejsende kendt for os foretager nøjagtigt to omdrejninger omkring Solen i de tre, som Neptune foretager i samme periode. Andre strømme af affald i bæltet skaber en komplet revolution for hver to, som Neptune afslutter - eller rettere sagt, fire for hver syv.
Kuiper Belt kunne ikke fremstilles på denne måde uden ekstern indflydelse. Hvis man antager, at Neptun stod tættere på Solen og derefter bevægede sig udad, ville dens tyngdekraft være stærk nok til at fange interplanetært affald i sine net og sende det ind i disse usædvanlige baner.
Denne model viser, hvordan det tætte arrangement af de ydre planeter (billede til venstre) kan ændre sig over tid. Jupiter og Saturns baner konvergerer (centerbillede), hvilket fører til en ændring i alle andre baner. Specielt i denne model byttes Uranus og Neptune. Efter et stykke tid spredes (billede til højre) pladsrester - noget af det sætter sig i Kuiper-bæltet, mens planeterne begynder at bevæge sig mod deres nuværende kredsløb. (Kilde: tilpasset fra Astromark / Wikimedia Commons.)
Dette faldt sammen med forudsigelserne fra nogle modeller opnået et årti tidligere.
Dannelsen af planeterne efterlod et rod af snavs spredt over hele solsystemet. Alle fragmenter, der kom for tæt på Neptune, ville uundgåeligt falde under påvirkning af dens tyngdekraft. Da hver handling efterfølges af en lige så stærk opposition, hver gang Neptune skubbede skåret, bevægede han sig selv i den modsatte retning. Langsomt men sikkert sneg Neptun sig væk fra solen.
Meptionsprocessen for Neptune gælder også for andre gigantiske planeter. Når alt kommer til alt kom Jupiter, Saturn og Uranus vej gennem det samme affaldsfelt og behandlede lignende gravitationsinteraktioner. Og hvis Neptune flyttede til et nyt sted, skulle det samme være sket med alle de andre gigantiske planeter.
Og denne proces var tydeligvis ikke glat.
Kontinuerlige kollisioner med alt dette snavs burde have forvandlet kæmpeplanets baner til perfekte, slanke cirkler - ligesom ler på en pottemagerhjul udjævnes af en pottemagers faste hånd. Bane viste sig imidlertid at være ganske forskellige. I stedet bevæger de kæmpe planeter sig i let aflange og forvrængede baner. Som om nogen ramte et hjul og omformer de engang runde gryder.
Jupiter springer
I 2005 havde forskere identificeret den skyldige. De nye modeller antydede, at gigantplaneterne på et tidspunkt gennemgik det, som forskerne kalder "dynamisk ustabilitet." Med andre ord, i omkring en million år forvandlede alt sig til en skør hvirvelvind. Den mest sandsynlige årsag til dette syntes at være en række kollisioner mellem Saturn og Uranus, eller Neptun - det vil sige en af isgiganterne - der sendte en af dem direkte mod Jupiter. Så snart den tabte planet nærmet sig, trak dens tyngdekraft Jupiter, bremsede den ned og skubbede den ind i en smalere bane. Imidlertid trak Jupiter den invaderende planet i ikke mindre styrke. Isgiganten, der var meget lettere, accelererede meget mere, end Jupiter bremsede og gik væk fra solen.
En sådan hændelse ville være et gravitationspogrom for solsystemet. Jupiter sprang dybere indad, mens resten af de ydre planeter sprang udad. Et sådant skub ville bøje kæmpeplanets baner i deres nuværende tilstand. Derudover ville det redde det indre solsystem - Merkur, Venus, Jorden, Mars og asteroidebæltet - fra tyngdekraften fra både Jupiter og Saturn, hvilket var et andet problem i de tidligste modeller.
Hvilket bringer os til fjernelse af Uranus eller Neptune fra systemet. Det er på dette stadie af simuleringen, at Jupiter ofte kaster en af isgiganterne væk.
Dette er selve problemet, som Nesvorny prøvede at løse uden at bryde alt andet i de simuleringer, der fungerede. Den ekstra isgigant tager stødet fra Jupiter, så resten af scenariets begivenheder kan udfolde sig uhindret.
”Dette er ganske sandsynligt,” siger Batygin. "Det er slet ikke et faktum, at der altid har været nøjagtigt to isgiganter i stedet for tre." Tværtimod, siger han, nogle beregninger muliggør den oprindelige eksistens af op til fem Neptunlignende planeter.
Batygin og hans kolleger undersøgte dette spørgsmål parallelt med Nesvorni, skønt af forskellige grunde.”Jeg ville demonstrere, at der ikke kunne være nogen ekstra gigantisk planet,” siger Nesvorni.
Jupiters store røde plet. Foto taget af Voyager 1.
Han begrundede, at denne formodede planet på vej ud af solsystemet havde efterladt en spor her og der i Kuiper-bæltet, i et område kendt som det "kolde klassiske bælte." Hvis Kuiper-bæltet var en donut, fortsætter Batygin, ville det kolde klassiske bælte blive dets chokoladefyld - en klynge af objekter, hvis baner praktisk talt er placeret i det samme plan inden i Kuiper-bæltet. En planet, der går forbi, burde have forstyrret disse baner - i det mindste, så Batygin og hans kolleger troede.
Deres computermodeller viste, at intet som dette var sket. Til deres overraskelse ville den udflydede planet ikke have ødelagt det kolde klassiske bælte på vej ud. Dette beviser ikke planetens eksistens - det opnåede resultat indikerer kun, at solsystemet kunne eksistere i sin nuværende form, både med det og uden det. Kunne denne planet have efterladt et klarere fodaftryk? Eller når vi vender tilbage til analogien på kriminalscenen, er der spor af glidning? Nesvorni mener, at sådanne spor godt kunne forblive.
Sandhedens kerne
Der er en anden del af Kuiper-bæltet - en smal strøm af iskoldt snavs kaldet en kerne, hvis baner ikke svarer til Neptuns aktuelle position. Dets oprindelse er et mysterium. I 2015 argumenterede Nesvorni for, at grunden til alt muligvis kunne være bevægelsen af Neptun fra solen, provokeret af en svunden planet.
Da Neptune flyttede ind i sin endelige bane og fejede affaldet i bane, der var i overensstemmelse med sin egen, kunne det på et tidspunkt blive udsat for at frigive nok af dette snavs til at danne sin egen strøm.
Modeller har vist, at den samme gravitationspåvirkning, der kunne få Jupiter til at hoppe fra bane til bane og skubbe den ekstra planet ud af solsystemet, kunne have sket på det rigtige tidspunkt for også at skubbe Neptunus.
”Resultatet er noget som en kerne,” siger Nesvorni. "Dette er bevismateriale … det er ikke afgørende."
I sandhed vil vi aldrig vide med sikkerhed, hvad der skete i solsystemet under dets dannelse.”Vi kan ikke skrive bibelen om solsystemet,” siger Batygin. "Vi kan kun tale om disse begivenheder i meget generelle vendinger."
Hvis en af indbyggerne i solsystemet faktisk udvises fra dens grænser, er han i godt selskab. I de senere år har astronomer fundet flere useriøse planeter, der kører mellem stjernerne, som sandsynligvis også blev kastet ud af deres hjem. Projicerer resultaterne af denne opdagelse på resten af galaksen,”der er langt flere fritflyvende planeter på størrelse med Jupiter end stjerner,” siger Nesvorni.
Dette kan være en overdrivelse - ifølge de nylige skøn er der kun en Jupiter-lignende planet for hver fire stjerner - men det er stadig milliarder af roamingverdener. Og det er kun dem, der kan sammenlignes i størrelse med Jupiter. Vores udstationerede var sandsynligvis mindre - omtrent på størrelse med Neptune; og vi har ingen idé om, hvor mange sådanne kroppe der strejker om galaksen. Men vi ved, at universet har en tendens til at favorisere små kroppe end store.
”Jeg vedder på, at der er mange af dem,” siger Nesvorni. Astronomer har blandt andet opdaget tusinder af stjernesystemer i Mælkevejen, og mange af dem viser tegn på kollisioner i meget større skala end den, der er omtalt ovenfor. "Det er fantastisk," siger Nesvorni, "hvor ordentligt solsystemet er tilbage."
Christopher Crockett