Forskere fortsetter å studere solsystemet, og det ser veldig interessant ut. For eksempel har moderne planetbaner ledetråder som avslører de tøffe forholdene for solsystemets opprinnelse - og muligens eksistensen av en interstellar gigant som gikk på villspor for lenge siden. Solsystemet vårt er som en kriminell scene som skjedde for 4,6 milliarder år siden.
Moderne baner har spor som avslører de tøffe forholdene for solsystemets opprinnelse - og muligens eksistensen av en interstellar gigant som for tida gikk på villspor.
Solsystemet vårt er som en kriminell scene som skjedde for 4,6 milliarder år siden.
Overflater strødd med kratre, fordrevne planetbaner og skyer av interplanetisk rusk er kosmiske analoger av blodsprut på veggen og glidemerker på en bil som etterlater en forfølgelse. Disse og andre ledetråder forteller om den kaotiske opprinnelsen til vår planetariske familie.
Lurer blant disse fotavtrykkene er ledetråder om et tapt søsken, planet 9 (nei, ikke Pluto), kastet i gravitasjonskraften som fulgte den opprinnelige dannelsen av solsystemet.
I dag dominerer fire enorme planeter periferien til solsystemet: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune. Bak dem er Kuiper Belt - et felt med isskjær, blant hvilke Pluto er funnet.
"Ikke tro at periferien til solsystemet alltid har vært den samme som nå," sier David Nesvorny, planetforsker ved Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, som først uttalte seg til fordel for eksistensen av en flyktende planet i 2011. år.
Nesvorni er medlem av en gruppe forskere som prøver å finne ut hvordan solsystemet utviklet seg i løpet av de første hundre millioner årene av dens eksistens. Ved hjelp av sofistikerte datamaskinmodeller sammenla forskerne en tidslinje for kollisjoner mellom nyfødte planeter som oppsto relativt nær hverandre - de gled vekselvis og hoppet fra en bane til en annen. Disse modellene har avslørt mange små detaljer om hvordan planeter, asteroider og kometer roterer rundt solen i dag.
Salgsfremmende video:
Det var bare ett problem. Typisk endte simulerte scenarier med at enten Uranus eller Neptune ble drevet ut av solsystemet, som Nesvorny skrev i september i den årlige gjennomgangen av astronomi og astrofysikk.
Siden i virkeligheten Uranus og Neptune forblir på sine steder - romfartøy har besøkt dem begge - noe i disse scenariene fungerte ikke. Imidlertid kan, som mange forskere mistenker, en nøkkelaktør i dette mysteriet og en manglende kobling i solsystemets historie være den femte gigantiske planeten.
Mistet planet
Astronomer er avhengige av datamodeller for å gjenskape disse eldgamle scenene, og skaper tusenvis av forskjellige solsystemer på tusenvis av forskjellige måter. De oversetter fysikkens lover og uansett hvilke planetariske posisjoner de kan tenke seg til programkode. Forskeren setter parametrene - en planet her, en haug med asteroider der - og lener seg deretter tilbake i stolen og lar det simulerte miljøet gjøre alt arbeidet for ham. Etter et par uker i sanntid - millioner av år i modellen - sjekker astronomen resultatene for å se hva som skjedde med solsystemet. Jo nærmere den er virkeligheten, jo mer vellykket er modellen.
Dette gjorde Nesvorni i 2009. Han dalte seg inn i virtuelle solsystemer i et forsøk på å redde virtuelle Uranus og virtuelle Neptun fra deres virtuelle baner i dype rom.
Problemet var Jupiter, en gigantisk hooligan-planet som tyngdekraften kan nå langt nok til å bli dyttet rundt av mindre planeter og forskjellige rusk. I den hittil mest vellykkede simuleringen spratt Jupiter og en av de to ytre planetene av hverandre og til slutt slo seg ned i deres nåværende baner. Men dette skjedde bare i en prosent av alle modeller. I de resterende 99% av tilfellene kastet Jupiter Uranus eller Neptune så hardt at de forlot solsystemet og aldri kom tilbake til det.
"Dette gjorde situasjonen veldig mystisk, siden vi visste at Uranus og Neptun fortsatte å eksistere i sin nåværende form," sier Nesvorni. Så han fortsatte å eksperimentere. Etter et år med å simulere utallige forskjellige scenarier, begynte han å tenke på å legge til martyrplaneter - ekstra planeter ofret for å redde resten.
"Jeg simulerte bare deres eksistens for å se hva som skjedde, og ikke fordi jeg var seriøs med selve ideen," sier Nesvorni. "Men så skjønte jeg at det kunne være et rimelig korn i det." Han kjørte rundt 10.000 scenarier, og endret antall ekstra planeter, deres opprinnelige beliggenhet og massen til hver av dem.
Det beste alternativet, som mest nøyaktig spådde dagens solsystem, viste seg å være en der den ekstra planeten befant seg mellom de opprinnelige banene fra Saturn og Uranus. Når det gjelder masse, var planeten omtrent lik Uranus og Neptun, og var nesten 16 ganger større enn Jorden. Det er en slik planet som kan kollidere med Jupiters bane og fly ut av solsystemet.
Grafen viser hvordan avstanden mellom planetene og sola har endret seg over tid. De første millioner årene i datamodellen endret banene sakte, da var det en nær kontakt mellom Saturn (grønn) og en ekstra planet (lilla), noe som førte til destabiliseringen av banene. Stiplede linjer indikerer de gjeldende størrelsene på banene. (Kilde: hentet fra materialer fra D. Nesvorny / seksjon astronomi og astrofysikk fra Knowable magazine, 2018.)
Sjansene er fortsatt smale. I påfølgende modeller endte denne justeringen i suksess i omtrent fem prosent av tiden. "Eksistensen av solsystemet i sin nåværende form er verken typisk eller forutsigbar," bemerket Nesvorny i 2012 i et papir som ble skrevet sammen med sin kollega Alessandro Morbidelli fra det franske rivieraobservatoriet. Til tross for dette var modellen en betydelig forbedring i forhold til suksessraten på 1% for de modellene som bare inkluderte de fire gigantiske planetene vi kjenner og elsker i dag.
"Forutsatt at en femte planet gjør det mye enklere å forklare hva som skjer," sier Sean Raymond, planetforsker ved University of Bordeaux i Frankrike. Og selv om bevisene for det meste er omstendighetsmessige, "er det mye mer logisk å anta at da var det også en femte planet."
Dette kan virke som en veldig kontroversiell antagelse. Hvordan kan astronomer vite noe om hva som skjedde for fire milliarder år siden, selv med planetene vi kan observere nå, enn si de som vi ikke vet noe om? Det viser seg imidlertid at planetene har etterlatt seg mange kamparr av ungdom som bevis for fremtidens detektiver.
Interplanetær blodsprut
"Vi er mer enn sikre på at planetene ikke har sin opprinnelse der de er i dag," sa Nathan Keib, planetforsker ved University of Oklahoma i Norman.
Imidlertid skjedde denne erkjennelsen ganske nylig. I det meste av historien har astrologer ikke vært i tvil om at planetene alltid har vært i deres nåværende baner. Men på begynnelsen av 1990-tallet innså forskere at noe manglet i en slik modell.
Neptun og Triton.
Rett utenfor bane rundt Neptun ligger Kuiper-beltet, en spredning av isrester som omkranser solen. "Dette er vår blodsprut på veggen," sier Konstantin Batygin, en planetforsker ved California Institute of Technology.
Plasseringen av Kuiper-belteobjekter førte forskere til den uunngåelige konklusjonen: Neptun skal ha dannet seg mye nærmere solen enn den nåværende plasseringen antyder. Mange Kuiper Belt-objekter klumper seg sammen i konsentriske baner som vagt ligner spor i en musikalsk plate. Disse banene er neppe tilfeldige - de er direkte relatert til Neptune.
For eksempel er Pluto den mest berømte innbygger i Kuiperbeltet. Han og et par hundre av hans andre reisende kjent for oss, gjør nøyaktig to revolusjoner rundt Sola i de tre som Neptune foretok i samme periode. Andre søppelstrømmer i beltet gjør en komplett revolusjon for hver to som Neptune fullfører - eller rettere sagt, fire for hver syv.
Kuiper Belt kunne ikke lages på denne måten uten ytre innflytelse. Imidlertid, hvis vi antar at Neptune kom nærmere solen og deretter beveget seg utover, ville dens gravitasjonskraft være sterk nok til å fange interplanetisk rusk i garnene sine og sende den inn i disse uvanlige banene.
Denne modellen viser hvordan det nære arrangementet av de ytre planetene (bildet til venstre) kan endre seg over tid. Banene til Jupiter og Saturn konvergerer (sentrumsbilde), noe som fører til en forandring i alle andre baner. Spesielt i denne modellen byttes Uranus og Neptune. Noe tid senere (bilde til høyre) er rusk av rom spredt - noe av det legger seg i Kuiper-beltet, mens planetene begynner å bevege seg mot deres nåværende baner. (Kilde: tilpasset fra Astromark / Wikimedia Commons.)
Dette falt sammen med spådommene til noen modeller oppnådd et tiår tidligere.
Dannelsen av planetene etterlot seg et rot av søppel spredt over hele solsystemet. Eventuelle fragmenter som kom for nær Neptun ville uunngåelig falle under påvirkning av dens tyngdekraft. Siden hver handling etterfølges av en likeverdig opposisjonskraft, hver gang Neptune dyttet skjæret, beveget han seg selv i motsatt retning. Sakte men sikkert krøp Neptun seg bort fra solen.
Migrasjonsprosessen til Neptune gjelder også andre gigantiske planeter. Tross alt kom Jupiter, Saturn og Uranus seg gjennom det samme ruskfeltet og behandlet lignende gravitasjonsinteraksjoner. Og hvis Neptune flyttet til et nytt sted, skal det samme ha skjedd med alle de andre gigantiske planetene.
Og denne prosessen var tydeligvis ikke jevn.
Kontinuerlige kollisjoner med alt dette søppel skal ha gjort banene til de gigantiske planetene til perfekte, smale sirkler - akkurat som leire på et pottemakerhjul blir glattet av den faste hånden til en pottemaker. Imidlertid viste banene seg å være ganske forskjellige. I stedet beveger de gigantiske planetene seg i litt langstrakte og forvrengte baner. Som om noen slo et hjul, omformer de en gang runde pottene.
Jupiter sprang
I 2005 hadde forskere identifisert den skyldige. De nye modellene antydet at de gigantiske planetene på et tidspunkt gikk gjennom det forskerne kaller "dynamisk ustabilitet." Med andre ord, i omtrent en million år ble alt til en gal virvelvind. Den mest sannsynlige årsaken til dette så ut til å være en serie kollisjoner mellom Saturn og Uranus, eller Neptun - det vil si en av isgigantene - som sendte en av dem direkte mot Jupiter. Så snart den tapte planeten nærmet seg, trakk dens tyngdekraft Jupiter, saktet og dyttet den inn i en smalere bane. Imidlertid trakk Jupiter den invaderende planeten i ikke mindre styrke. Isgiganten, som var mye lettere, akselererte mye mer enn Jupiter bremset opp og satte kursen bort fra solen.
En slik hendelse ville være et gravitasjonspogrom for solsystemet. Jupiter hoppet dypere innover, mens resten av de ytre planetene hoppet utover. Et slikt dytt ville bøye banene til gigantplanetenene til sin nåværende tilstand. I tillegg vil det redde det indre solsystemet - Merkur, Venus, Jorden, Mars og asteroidebeltet - fra tyngdekraften fra både Jupiter og Saturn, som var et annet problem i de tidligste modellene.
Noe som bringer oss til fjerning av Uranus eller Neptune fra systemet. Det er på dette stadiet av simuleringen at Jupiter oftest kaster en av isgigantene.
Dette er selve problemet som Nesvorny prøvde å løse uten å bryte alt annet i simuleringene som fungerte. Den ekstra isgiganten tar stumpen fra Jupiter, og gir resten av scenariet muligheten til å utfolde seg uhindret.
"Dette er ganske plausibelt," sier Batygin. "Det er overhode ikke et faktum at det alltid har vært nøyaktig to isgiganter i stedet for tre." Tvert imot, sier han, noen beregninger åpner for den opprinnelige eksistensen av opptil fem Neptun-lignende planeter.
Batygin og hans kolleger undersøkte denne saken parallelt med Nesvorni, selv om det av forskjellige grunner. "Jeg ønsket å demonstrere at det ikke kunne være noen ekstra gigantisk planet," sier Nesvorni.
Jupiters store røde flekk. Bilde tatt av Voyager 1.
Han resonnerte at denne formodede planeten på vei ut av solsystemet måtte ha etterlatt en spor her og der i Kuiper-beltet, i et område kjent som det "kalde klassiske beltet." Hvis Kuiper-beltet var en smultring, fortsetter Batygin, ville det kalde klassiske beltet bli dets sjokoladefylling - en klynge av objekter hvis baner er praktisk talt lokalisert i samme plan i Kuiper-beltet. En planet som går forbi, burde ha forstyrret disse banene - i det minste, slik trodde Batygin og kollegene.
Datamodellene deres viste at ingenting som dette hadde skjedd. Til sin overraskelse ville ikke den eksilerte planeten ødelagt det kalde klassiske beltet på vei ut. Dette beviser ikke planetens eksistens - resultatet oppnådd indikerer bare at solsystemet kunne eksistere i sin nåværende form, både med den og uten den. Kan denne planeten ha etterlatt et klarere fotavtrykk? Eller når jeg kommer tilbake til kriminalitetsanalogien, er det noen spor etter skrens? Nesvorni mener at slike spor godt kunne forbli.
Sannhetens kjerne
Det er en annen del av Kuiper-beltet - en smal strøm av isete rusk kalt en kjerne, hvis baner ikke tilsvarer den nåværende posisjonen til Neptun. Opprinnelsen er et mysterium. I 2015 argumenterte Nesvorni for at kanskje grunnen til alt kan være bevegelsen av Neptun fra sola, provosert av en svunnen planet.
Da Neptune beveget seg inn i sin endelige bane og feide avfallet til bane som var i samsvar med sin egen, kunne det på et tidspunkt bli utsatt som frigjorde nok av dette rusket til å danne sin egen strøm.
Modeller har vist at den samme gravitasjonspåvirkningen som kan føre til at Jupiter hoppet fra bane til bane og skyve den ekstra planeten ut av solsystemet, kunne ha skjedd til rett tid for å skyve Neptun også.
"Resultatet er noe som en kjerne," sier Nesvorni. "Dette er bevismessige bevis … det er ikke avgjørende."
I sannhet vil vi aldri vite med sikkerhet hva som skjedde i solsystemet under dannelsen. "Vi kan ikke skrive bibelen om solsystemet," sier Batygin. "Vi kan bare snakke om disse hendelsene i veldig generelle termer."
Hvis en av innbyggerne i solsystemet virkelig blir utvist fra landets grenser, er han i godt selskap. De siste årene har astronomer funnet flere useriøse planeter som drev mellom stjernene, som sannsynligvis også ble kastet ut av hjemmene sine. Prosjektering av resultatene av denne oppdagelsen på resten av galaksen, "det er langt flere frittflygende planeter på størrelse med Jupiter enn stjerner," sier Nesvorni.
Dette kan være en overdrivelse - ifølge nylige anslag er det bare en Jupiter-lignende planet for hver fjerde stjerner - men det er fremdeles milliarder av streife verdener. Og dette er bare de som kan sammenlignes i størrelse med Jupiter. Utstøtten vår var sannsynligvis mindre - omtrent på størrelse med Neptune; og vi aner ikke hvor mange slike kropper som streiferer i galaksen. Men vi vet at universet har en tendens til å favorisere små kropper enn store.
"Jeg vedder på at det er mange av dem," sier Nesvorni. Blant annet har astronomer oppdaget tusenvis av stjernesystemer i Melkeveien, og mange av dem viser tegn til kollisjoner i mye større skala enn det som ble diskutert over. "Det er fantastisk," sier Nesvorni, "hvor ordnet solsystemet har holdt seg."
Christopher Crockett
