Znanstveniki še naprej preučujejo osončje in izgleda zelo zanimivo. Na primer, sodobne planetarne orbite skrivajo namige, ki razkrivajo ostre razmere nastanka osončja - in morda tudi obstoj medzvezdnega velikana, ki se je že zdavnaj uničil. Naš osončje je kot kraj zločina, ki se je zgodil pred 4,6 milijarde let.
Sodobne orbite skrivajo namige, ki razkrivajo ostre razmere nastanka sončnega sistema - in morda obstoj medzvezdnega velikana, ki se je že zdavnaj zgubil.
Naš osončje je kot kraj zločina, ki se je zgodil pred 4,6 milijarde let.
Površine, posejane z kraterji, razseljenimi planetarnimi orbitami in oblaki medplanetarnih naplavin, so kozmični analogi brizganja krvi na steni in drsnih znamk avtomobila, ki puščajo v zasledovanju. Te in druge namige govorijo o kaotičnem izvoru naše planetarne družine.
Med temi odtisi se skrivajo namigi o izgubljenem bratu, planetu 9 (ne, ne Plutonu), vrženem v gravitacijsko vlako, ki je spremljalo prvotno tvorbo osončja.
Danes obrobje osončja prevladujejo štirje ogromni planeti: Jupiter, Saturn, Uran in Neptun. Za njimi je Kuiperjev pas - polje ledenih drobcev, med katerimi najdemo Plutona.
"Ne mislite, da je obrobje osončja že od nekdaj takšno, kot je zdaj," pravi David Nesvorny, planetarni znanstvenik na jugozahodnem raziskovalnem inštitutu v Boulderju v Koloradu, ki se je v letu 2011 prvič izrazil za obstoj planeta ubežnikov. leto.
Nesvorni je član skupine znanstvenikov, ki poskušajo ugotoviti, kako se je sončni sistem razvil v prvih nekaj sto milijonih let svojega obstoja. S pomočjo zapletenih računalniških modelov so raziskovalci sestavili kronologijo trkov med novorojenčki planetov, ki so nastali razmeroma blizu drug drugemu - izmenično so drseli in skakali z ene orbite na drugo. Ti modeli so razkrili številne majhne podrobnosti o tem, kako se planeti, asteroidi in kometi danes vrtijo okoli sonca.
Promocijski video:
Obstajala je le ena težava. Običajno so se simulirani scenariji končali tako, da so Uran ali Neptun izgnali iz sončnega sistema, kot je Nesvorny zapisal septembra v Letnem pregledu astronomije in astrofizike.
Ker v resnici Uran in Neptun ostajata na svojih mestih - vesoljska plovila sta obiskala oba - nekaj v teh scenarijih ni uspelo. Vendar pa, kot mnogi raziskovalci domnevajo, je ključni akter te skrivnosti in manjkajoči člen v zgodovini osončja morda peti velikanski planet.
Izgubljeni planet
Astronomi se za poustvarjanje teh starodavnih prizorov zanašajo na računalniške modele, ki na tisoče različnih načinov ustvarjajo na tisoče različnih sončnih sistemov. Prevajajo zakone fizike in ne glede na začetne planetarne položaje, ki si jih omislijo, v kodo. Raziskovalec nastavi parametre - en planet je tu, kup asteroidov tam - in se nato nasloni nazaj na stol in pusti, da simulirano okolje opravi vse delo zanj. Po nekaj tednih v realnem času - na milijone let v modelu - astronom preveri rezultate, da vidi, kaj se je zgodilo s sončnim sistemom. Bližje kot je resničnost, bolj uspešen je model.
Tako je naredil Nesvorni leta 2009. Potopil se je v navidezne sončne sisteme, da bi poskusil rešiti virtualni Uran in virtualni Neptun s svojih virtualnih poti v globokem vesolju.
Težava je bil Jupiter, velikanski huliganski planet, katerega gravitacija lahko doseže dovolj daleč, da ga lahko potisnejo manjši planeti in različni naplavin. V doslej najuspešnejši simulaciji sta se Jupiter in eden od obeh zunanjih planetov odbila drug od drugega in se na koncu naselila v svoje sedanje orbite. A to se je zgodilo le v enem odstotku vseh modelov. V preostalih 99% primerov je Jupiter tako močno vrgel Uran ali Neptun, da so zapustili Osončje in se nikoli več vrnili vanj.
"Zaradi tega je bila situacija zelo skrivnostna, saj smo vedeli, da Uran in Neptun še naprej obstajata v sedanji obliki," pravi Nesvorni. Tako je še naprej eksperimentiral. Po letu simuliranja nešteto različnih scenarijev je začel razmišljati o dodajanju mučeničnih planetov - dodatni planeti so se žrtvovali, da bi rešili ostale.
"Preprosto sem simuliral njihov obstoj, da bi videl, kaj se je zgodilo, in ne zato, ker sem resno razmišljal o sami ideji," pravi Nesvorni. "Toda potem sem ugotovil, da je v njem lahko razumno zrno." Vodil je približno 10.000 scenarijev, pri čemer je spremenil število dodatnih planetov, njihovo prvotno lokacijo in maso vsakega od njih.
Najboljša možnost, ki je najbolj natančno napovedala trenutno stanje našega osončja, se je izkazala za tisto, v katerem se je dodatni planet nahajal med prvotnimi orbitoma Saturna in Urana. Po masi je bil planet približno enak Uranu in Neptunu in je bil skoraj 16-krat večji od Zemlje. To je tak planet, ki bi lahko trčil v orbito Jupitra in odletel iz osončja.
Graf prikazuje, kako se je s časom spreminjala razdalja med planeti in soncem. Prvih nekaj milijonov let v računalniškem modelu so se orbite počasi spreminjale, nato pa je prišlo do tesnega stika med Saturnom (zelena) in dodatnim planetom (vijolična), kar je privedlo do destabilizacije orbitov. Pikčaste črte označujejo trenutne velikosti orbite. (Vir: vzeto iz materialov D. Nesvorny / odsek o astronomiji in astrofiziki revije Knovable, 2018.)
Možnosti so še vedno majhne. V naslednjih modelih se je ta uskladitev končala v približno petih odstotkih časa. "Obstoj sončnega sistema v trenutni obliki ni niti značilen niti predvidljiv," je leta 2012 Nesvorny opozoril v dokumentu, ki je bil soavtor s kolegom Alessandrom Morbidellijem iz francoskega observatorija Riviera. Kljub temu je bil model bistveno izboljšanje glede na 1-odstotno uspešnost pri tistih modelih, ki so vključevali le štiri velikanske planete, ki jih poznamo in ljubimo danes.
"Ob predpostavki, da je peti planet veliko lažje razložiti, kaj se dogaja," pravi Sean Raymond, planetni znanstvenik z univerze v Bordeauxu v Franciji. In čeprav so dokazi večinoma naključni, "je veliko bolj smiselno domnevati, da je takrat obstajal tudi peti planet."
To se morda zdi zelo sporna domneva. Kako lahko astronomi kaj vemo o dogajanju pred štirimi milijardami let, tudi s planeti, ki jih lahko zdaj opazujemo, kaj šele s tistimi, o katerih ne vemo nič? Vendar se izkaže, da so planeti pustili veliko bojnih brazgotin mladosti kot dokaz za detektive prihodnosti.
Medplanetarni krvni pljusk
"Več kot smo prepričani, da planeti niso nastali tam, kjer so danes," je povedal Nathan Keib, planetarni znanstvenik z univerze v Oklahomi v Normanu.
Vendar se je to spoznanje zgodilo pred kratkim. V večini zgodovine astrologi niso dvomili, da so planeti že od nekdaj v svoji sedanji orbiti. Toda v začetku devetdesetih let so raziskovalci spoznali, da nekaj takega modela manjka.
Neptun in Triton.
Tik za orbito Neptuna leži Kuiperjev pas, sipanje ledenih naplavin, ki obdajajo sonce. "To je naš pljusk krvi na steni," pravi Konstantin Batygin, planetni znanstvenik s kalifornijskega tehnološkega inštituta.
Lokacija predmetov Kuiperjevega pasu je raziskovalce pripeljala do neizbežnega zaključka: Neptun bi se moral oblikovati veliko bližje Soncu, kot kaže trenutna lokacija. Številni predmeti Kuiperjevega pasu se združijo v koncentrične orbite, ki neznansko spominjajo na utore na glasbenem zapisu. Te orbite so komajda naključne - neposredno so povezane z Neptunom.
Pluton je na primer najbolj znan prebivalec Kuiperjevega pasu. On in nekaj sto njegovih sopotnikov, ki so nam znani, sta naredila natančno dva vrtenja okoli Sonca v treh, ki jih Neptun naredi v istem obdobju. Drugi tokovi odpadkov v pasu naredijo popolno revolucijo za vsaka dva, ki jo dokonča Neptun, ali bolje rečeno, štiri na vsakih sedem.
Kuiperjevega pasu ni bilo mogoče narediti tako brez zunanjega vpliva. Če pa predpostavimo, da se je Neptun približal Soncu in se nato premaknil navzven, bi bila njegova gravitacijska sila dovolj močna, da bi v svoje mreže ujela medplanetarne naplavine in ga poslala v te nenavadne orbite.
Ta model prikazuje, kako se lahko skozi čas spreminja tesna postavitev zunanjih planetov (slika na levi). Orbite Jupitra in Saturna se zbližujejo (sredinska slika), kar vodi do spremembe v vseh drugih orbitah. Konkretno v tem modelu se Uran in Neptun zamenjata. Nekaj časa pozneje se razmnožijo vesoljske naplavine (slika desno) - nekateri se naselijo v Kuiperjevem pasu, medtem ko se planeti začnejo premikati proti svoji sedanji orbiti. (Vir: prilagojeno iz Astromark / Wikimedia Commons.)
To je sovpadlo s napovedmi nekaterih modelov, pridobljenih desetletje prej.
Oblikovanje planetov je za seboj puščalo nered naplavin, raztresenih po celotnem sončnem sistemu. Vsak drobec, ki se je preveč približal Neptunu, bi neizogibno zapadel pod vpliv njegove teže. Ker vsaki akciji sledi enakovredna sila nasprotovanja, se je vsakič, ko je Neptun potisnil ostrino, sam premikal v nasprotno smer. Neptun je počasi, a zanesljivo odplaknil od sonca.
Migracijski proces Neptuna velja tudi za druge organe planetov. Konec koncev so se Jupiter, Saturn in Uran podali skozi isto polje razbitin in se ukvarjali s podobnimi gravitacijskimi interakcijami. In če bi se Neptun preselil na novo mesto, bi se to moralo zgoditi z vsemi drugimi velikanskimi planeti.
In ta proces očitno ni potekal gladko.
Neprekinjeni trki z vsem tem naplavinam naj bi orbite velikanskih planetov spremenili v popolne, vitke kroge - tako kot glina na lončarskem kolesu zgladi čvrsta lončarska roka. Vendar se je orbita izkazala za precej drugačno. Namesto tega se orjaški planeti gibljejo po rahlo podolgovati in izkrivljeni orbiti. Kot da bi kdo udaril v kolo in preoblikoval nekdaj okrogle lončke.
Jupiter skok
Do leta 2005 so raziskovalci identificirali krivca. Novi modeli so namigovali, da so na neki velikanski planeti šli skozi tisto, kar znanstveniki imenujejo "dinamična nestabilnost." Z drugimi besedami, približno milijon let se je vse spremenilo v nori vrtinec. Najverjetnejši razlog za to se je zdel niz trkov med Saturnom in Uranom ali Neptunom, torej enim ledenih velikanov, ki je enega od njih poslal neposredno proti Jupiterju. Takoj, ko se je izgubljeni planet približal, je njegova gravitacija potegnila Jupitra, ga upočasnila in potisnila v ožjo orbito. Vendar je Jupiter z nič manj sile potegnil napadalni planet. Ledeni velikan, ki je bil veliko lažji, je pospešil veliko več, kot je Jupiter upočasnil in krenil stran od sonca.
Takšen incident bi bil gravitacijski pogrom za sončni sistem. Jupiter je skočil globlje navznoter, ostali zunanji planeti pa so skočili navzven. Tak pritisk bi orbite velikanskih planetov preusmeril v njihovo trenutno stanje. Poleg tega bi rešil notranji osončje - Merkur, Venero, Zemljo, Mars in asteroidni pas - pred gravitacijo tako Jupitra kot Saturna, kar je bila še ena težava pri prvih modelih.
Kar nas pripelje do odstranitve Urana ali Neptuna iz sistema. Na tej stopnji simulacije Jupiter najpogosteje vrže enega od ledenih velikanov.
To je ravno tisti problem, ki ga je Nesvorny skušal rešiti, ne da bi v simulacijah, ki so delovale, razbil vse drugo. Dodatni ledeni velikan prevzame večji del udarca z Jupitra, kar daje preostalemu scenariju možnost nemotenega odvijanja.
"To je zelo verjetno," pravi Batygin. "Sploh ne gre za to, da sta bili vedno ravno dva ledena velikana namesto treh." Nasprotno, pravi, nekateri izračuni omogočajo prvotni obstoj do petih planetov, ki so podobni Neptunu.
Batygin in njegovi sodelavci so to vprašanje raziskovali vzporedno z Nesvorni, čeprav iz različnih razlogov. "Želel sem pokazati, da ne more biti nobenega velikega planeta," pravi Nesvorni.
Jupitrova velika rdeča točka. Fotografiral Voyager 1.
Utemeljil je, da je moral ta domnevni planet na poti iz sončnega sistema tu in tam pustiti sled v pasu Kuiper, na območju, ki ga poznajo pod imenom "hladni klasični pas." Če bi bil Kuiperjev pas krof, nadaljuje Batygin, bi hladni klasični pas postal čokoladni nadev - kopica predmetov, katerih orbite se nahajajo praktično v isti ravnini znotraj Kuiperjevega pasu. Planet, ki gre mimo, bi moral porušiti te orbite - vsaj tako so verjeli Batygin in njegovi sodelavci.
Njihovi računalniški modeli so pokazali, da se ni zgodilo nič takega. Na njihovo presenečenje planet v izgnanstvu ne bi uničil hladnega klasičnega pasu na poti ven. To ne dokazuje obstoja planeta - dobljeni rezultati kažejo le na to, da bi lahko sončni sistem obstajal v trenutni obliki, tako z njim kot brez njega. Je morda ta planet pustil jasnejši odtis? Ali pa se po vrnitvi na analogijo kraja zločina pojavljajo kakšne sledi drsanja? Nesvorni meni, da bi takšne sledi še lahko ostale.
Jedro resnice
Tu je še en del Kuiperjevega pasu - ozek tok ledenih naplavin, imenovanih jedro, katerih orbite ne ustrezajo trenutnemu položaju Neptuna. Njegov izvor je skrivnost. Leta 2015 je Nesvorni trdil, da bi bil morda razlog za vse gibanje Neptuna s Sonca, ki ga je izzval že zapuščeni planet.
Ko se je Neptun pomaknil v svojo končno orbito in pometal naplavine v orbite, skladne s svojo, je lahko v nekem trenutku izpostavljen, da sprosti dovolj tega naplavin, da tvori lasten tok.
Modeli so pokazali, da bi se lahko zgodil enak gravitacijski vpliv, zaradi katerega bi Jupiter lahko skočil iz orbite na orbito in potisnil dodatni planet iz osončja, da bi se lahko zgodil ob pravem času, da potisne tudi Neptun.
"Rezultat je nekaj podobnega jedru," pravi Nesvorni. "To so neresnični dokazi … ni prepričljiv."
V resnici nikoli ne bomo zagotovo vedeli, kaj se je zgodilo v sončnem sistemu med njegovim nastankom. "Ne moremo napisati Biblije sončnega sistema," pravi Batygin. "O teh dogodkih lahko govorimo le zelo splošno."
Če je kdo od prebivalcev osončja res izgnan iz njegovih meja, je v dobri družbi. V zadnjih letih so astronomi našli več lopovskih planetov, ki plujejo med zvezdami, ki so jih najverjetneje vrgli tudi domov. Projektiranje rezultatov tega odkritja na preostalo galaksijo "je veliko več letečih planetov velikosti Jupiter kot zvezd," pravi Nesvorni.
To je morda pretiravanje - po nedavnih ocenah obstaja samo en Jupiter podoben planet na vsake štiri zvezde - vendar je še vedno več milijard gostujočih svetov. In to so le tiste, ki so po velikosti primerljive z Jupitrom. Naš izobčenec je bil verjetno manjši - približno velikosti Neptuna; in nimamo pojma, koliko takih teles se vije po galaksiji. Vemo pa, da je vesolje naklonjeno majhnim telesom kot velikim.
"Stavim, da jih je veliko," pravi Nesvorni. Med drugim so astronomi v Mlečni poti odkrili na tisoče zvezdnih sistemov in mnogi med njimi kažejo znake trčenja v veliko večjem obsegu od zgoraj omenjenega. "Neverjetno je," pravi Nesvorni, "kako urejen sončni sistem je ostal."
Christopher Crockett