Oamenii de știință continuă să studieze sistemul solar și pare foarte interesant. De exemplu, orbitele planetare moderne conțin indicii care dezvăluie condițiile dure ale originii sistemului solar - și, eventual, existența unui gigant interstelar care s-a rătăcit cu mult timp în urmă. Sistemul nostru solar este ca o scenă a crimei care s-a întâmplat în urmă cu 4,6 miliarde de ani.
Orbitele moderne conțin indicii care dezvăluie condițiile dure ale originii sistemului solar - și, probabil, existența unui gigant interstelar care a rătăcit demult.
Sistemul nostru solar este ca o scenă a crimei care s-a întâmplat în urmă cu 4,6 miliarde de ani.
Suprafețele împrăștiate cu cratere, orbite planetare deplasate și nori de resturi interplanetare sunt analogi cosmici de stropi de sânge pe perete și semne de derapaj ale unei mașini care lasă urmărire. Acestea și alte indicii povestesc despre originile haotice ale familiei noastre planetare.
Între aceste amprente se află indicii despre o soră pierdută, planeta 9 (nu, nu Pluto), aruncată în remorcherul gravitațional care a însoțit formarea inițială a sistemului solar.
În zilele noastre, patru planete imense domină periferia sistemului solar: Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun. În spatele lor se află Centura Kuiper - un câmp de cioburi de gheață, printre care se găsește Pluto.
„Nu credeți că periferia sistemului solar a fost întotdeauna aceeași ca în prezent”, spune David Nesvorny, om de știință planetar de la Southwest Research Institute din Boulder, Colorado, care a spus prima dată în favoarea existenței unei planete fugare în 2011. an.
Nesvorni este un membru al unui grup de oameni de știință care încearcă să-și dea seama cum a evoluat sistemul solar în primele câteva sute de milioane de ani ai existenței sale. Folosind modele de computer sofisticate, cercetătorii au întocmit o cronologie a coliziunilor dintre planetele nou-născuților care au apărut relativ aproape unul de altul - au alunecat alternativ și au sărit de pe o orbită în alta. Aceste modele au dezvăluit multe mici detalii despre modul în care planetele, asteroizii și cometele se rotesc în jurul soarelui astăzi.
Video promotional:
A fost o singură problemă. De obicei, scenariile simulate s-au încheiat cu Uranus sau Neptun fiind alungați din sistemul solar, așa cum a scris Nesvorni în septembrie în revista anuală a astronomiei și astrofizicii.
Întrucât, în realitate, Uranus și Neptun rămân în locurile lor - nave spațiale le-au vizitat pe amândouă - ceva în aceste scenarii nu a rezultat. Cu toate acestea, după cum bănuiesc mulți cercetători, cea de-a cincea planetă uriașă poate fi cel mai important actor în acest mister și legătura lipsă din istoria sistemului solar.
Planeta pierdută
Astronomii se bazează pe modele de computer pentru a recrea aceste scene antice, creând mii de sisteme solare diferite în mii de moduri diferite. Ele traduc legile fizicii și orice poziții planetare inițiale la care se pot gândi în cod. Cercetătorul stabilește parametrii - o planetă aici, o grămadă de asteroizi acolo - și apoi se apleacă înapoi pe scaunul său și lasă mediul simulat să facă toată munca pentru el. După câteva săptămâni în timp real - milioane de ani în model - astronomul verifică rezultatele pentru a vedea ce s-a întâmplat cu sistemul solar. Cu cât este mai aproape de realitate, cu atât modelul este mai reușit.
Aceasta a făcut Nesvorni în 2009. El a intrat în sisteme solare virtuale în încercarea de a salva Uranus virtual și Neptun virtual de pe calea lor virtuală într-un capăt virtual în spațiu profund.
Problema era Jupiter, o planetă gigantă hooligan a cărei gravitație poate ajunge suficient de departe pentru a fi împinsă de planetele mai mici și de diferite resturi. În cea mai reușită simulare până în prezent, Jupiter și unul dintre cele două planete exterioare s-au dat peste cap și s-au așezat în cele din urmă în orbitele lor actuale. Dar acest lucru s-a întâmplat doar la un procent din toate modelele. În restul de 99% din cazuri, Jupiter a aruncat Uranus sau Neptun atât de tare încât au părăsit sistemul solar și nu s-au mai întors la el.
„Aceasta a făcut situația foarte misterioasă, de vreme ce știam că Uranus și Neptun continuă să existe în forma lor actuală”, spune Nesvorni. Așa că a continuat să experimenteze. După un an de a simula nenumărate scenarii diferite, a început să se gândească la adăugarea de planete martiri - planetele suplimentare sacrificate pentru a salva restul.
„Am simulat doar existența lor pentru a vedea ce s-a întâmplat și nu pentru că eram serios în legătură cu ideea în sine”, spune Nesvorni. „Dar atunci mi-am dat seama că ar putea exista un boabe rezonabil în ea.” A rulat aproximativ 10.000 de scenarii, schimbând numărul de planete suplimentare, locația lor inițială și masa fiecăruia dintre ele.
Cea mai bună opțiune, care a prezis cu exactitate starea actuală a sistemului nostru solar, s-a dovedit a fi una în care planeta în plus a fost situată între orbitele originale ale lui Saturn și Uranus. În ceea ce privește masa, planeta era aproximativ egală cu Uranus și Neptun și era de aproape 16 ori mai mare decât Pământul. Este o astfel de planetă care ar putea intra în coliziune cu orbita lui Jupiter și să zboare din sistemul solar.
Graficul arată modul în care distanța dintre planete și soare s-a schimbat în timp. Primele milioane de ani în modelul computerului, orbitele s-au schimbat lent, apoi a existat un contact strâns între Saturn (verde) și o planetă în plus (violet), ceea ce a dus la destabilizarea orbitelor. Liniile punctate indică dimensiunile curente ale orbitelor. (Sursa: preluată din materiale ale lui D. Nesvorny / secțiunea de astronomie și astrofizică a revistei Knowable, 2018.)
Șansele sunt încă slabe. În modelele ulterioare, această aliniere s-a încheiat cu succes în aproximativ cinci procente din timp. „Existența sistemului solar așa cum este în prezent nu este nici tipică, nici previzibilă”, a notat Nesvorny în 2012 într-o lucrare scrisă împreună cu colegul său Alessandro Morbidelli de la Observatorul Riviera Franceză. În ciuda acestui fapt, modelul a fost o îmbunătățire semnificativă față de rata de succes de 1% pentru acele modele care includeau doar cele patru planete uriașe pe care le cunoaștem și le iubim astăzi.
„Presupunerea unei a cincea planete face mult mai ușor să explici ce se întâmplă”, spune Sean Raymond, om de știință planetar de la Universitatea Bordeaux din Franța. Și deși dovezile sunt mai ales circumstanțiale, „este mult mai logic să presupunem că atunci a existat și o a cincea planetă”.
Acest lucru poate părea o presupunere foarte controversată. Cum pot astronomii să știe ceva despre ce s-a întâmplat în urmă cu patru miliarde de ani, chiar și cu planetele pe care le putem observa acum, să nu mai vorbim de cele despre care nu știm nimic? Cu toate acestea, se dovedește că planetele au lăsat o mulțime de cicatrici de luptă ale tinerilor ca dovadă pentru detectivi ai viitorului.
Răspândirea sângelui interplanetar
„Suntem mai mult decât siguri că planetele nu au avut originea de azi”, a spus Nathan Keib, un om de știință planetar de la Universitatea din Oklahoma, în Norman.
Totuși, această realizare s-a întâmplat destul de recent. În cea mai mare parte a istoriei, astrologii nu au avut nici o îndoială că planetele au fost întotdeauna pe orbitele lor actuale. Dar la începutul anilor ’90, cercetătorii au realizat că lipsea ceva din acest model.
Neptun și Triton.
Doar dincolo de orbita Neptunului se află centura Kuiper, o împrăștiere de resturi de gheață care înconjoară soarele. „Acesta este stropitul nostru de sânge pe perete”, spune Konstantin Batygin, un om de știință planetar la Institutul de Tehnologie din California.
Locația obiectelor centurii Kuiper i-a determinat pe cercetători la concluzia inevitabilă: Neptun ar fi trebuit să se formeze mult mai aproape de Soare decât sugerează locația sa actuală. Multe obiecte ale centurii Kuiper se aglomerează în orbite concentrice, care seamănă vag cu canelurile unui disc muzical. Aceste orbite sunt greu întâmplătoare - sunt direct legate de Neptun.
De exemplu, Pluto este cel mai cunoscut locuitor al centurii Kuiper. El și câteva sute de colegi călători cunoscuți de noi fac exact două revoluții în jurul Soarelui în cele trei pe care le face Neptun în aceeași perioadă. Alte fluxuri de resturi din centură fac o revoluție completă pentru fiecare două pe care le completează Neptun - sau mai bine zis, patru pentru fiecare șapte.
Centura Kuiper nu ar putea fi realizată în acest fel fără influență externă. Cu toate acestea, dacă presupunem că Neptun s-a ridicat mai aproape de Soare și apoi s-a mutat spre exterior, forța sa gravitațională ar fi suficient de puternică pentru a prinde resturile interplanetare în plasele sale și a o trimite în aceste orbite neobișnuite.
Acest model arată modul în care aranjarea strânsă a planetelor exterioare (imaginea din stânga) se poate schimba în timp. Orbitele lui Jupiter și Saturn sunt convergente (imaginea centrală), ceea ce duce la o schimbare în toate celelalte orbite. Mai exact în acest model, Uranus și Neptun sunt schimbați. După un timp, (imaginea din dreapta) resturile spațiale sunt împrăștiate - o parte din acestea se așează în centura Kuiper, în timp ce planetele încep să se deplaseze spre orbitele lor actuale. (Sursa: adaptat de la Astromark / Wikimedia Commons.)
Acest lucru a coincis cu previziunile unor modele obținute cu un deceniu mai devreme.
Formarea planetelor a lăsat în urmă o mizerie de resturi împrăștiate în întregul sistem solar. Orice fragmente care s-au apropiat prea mult de Neptun ar fi inevitabil să cadă sub influența gravitației sale. Întrucât fiecare acțiune este urmată de o forță egală de opoziție, de fiecare dată când Neptun împingea fragmentul, el însuși se deplasa în direcția opusă. Încet, dar sigur, Neptun s-a îndepărtat de soare.
Procesul de migrare din Neptun se aplică și altor planete uriașe. La urma urmei, Jupiter, Saturn și Uranus și-au croit drum prin același câmp de moloz și s-au ocupat de interacțiuni gravitaționale similare. Și dacă Neptun s-ar muta într-un loc nou, același lucru ar fi trebuit să se întâmple cu toate celelalte planete uriașe.
Și acest proces nu a fost clar.
Coliziunile neîncetate cu toate aceste resturi ar fi trebuit să transforme orbitele planetelor gigant în cercuri perfecte și zvelte - la fel ca lutul de pe roata olarului este netezit de mâna fermă a unui olar. Cu toate acestea, orbitele s-au dovedit a fi destul de diferite. În schimb, planetele gigant se mișcă pe orbite ușor alungite și distorsionate. Ca și cum cineva a lovit o roată, redimensionând oalele odată rotunde.
Jupiter sărind
Până în 2005, cercetătorii au identificat vinovatul. Noile modele au sugerat că la un moment dat planetele uriașe au trecut prin ceea ce oamenii de știință numesc „instabilitate dinamică”. Cu alte cuvinte, timp de aproximativ un milion de ani, totul s-a transformat într-un vârtej nebun. Motivul cel mai probabil pentru acest lucru părea să fie o serie de ciocniri între Saturn și Uranus, sau Neptun - adică unul dintre giganții de gheață - care l-a trimis pe unul dintre ei direct spre Jupiter. De îndată ce planeta pierdută s-a apropiat, gravitația sa l-a tras pe Jupiter, încetinind-o și împingând-o într-o orbită mai îngustă. Cu toate acestea, Jupiter a tras planeta invadatoare în nu mai puțin de forță. Gigantul de gheață, fiind mult mai ușor, a accelerat mult mai mult decât Jupiter a încetinit și s-a îndreptat departe de soare.
Un astfel de incident ar fi un pogrom gravitațional pentru sistemul solar. Jupiter a sărit mai adânc spre interior, în timp ce restul planetelor exterioare au sărit în exterior. O astfel de apăsare ar îndoi orbitele planetelor uriașe în starea lor actuală. În plus, ar economisi sistemul solar interior - Mercur, Venus, Pământ, Marte și centura de asteroizi - de la gravitație, atât de la Jupiter, cât și de la Saturn, ceea ce a fost o altă problemă în primele modele.
Ceea ce ne aduce la eliminarea din sistem a lui Uranus sau Neptun. În această etapă a simulării, Jupiter aruncă cel mai adesea unul dintre giganții de gheață.
Aceasta este chiar problema pe care Nesvorny a încercat să o rezolve fără a rupe orice altceva în simulările care au funcționat. Gigantul suplimentar de gheață preia lovitura de la Jupiter, permițând restului evenimentelor scenariului să se desfășoare nestingherite.
"Este destul de plauzibil", spune Batygin. "Nu este deloc un fapt faptul că au existat întotdeauna exact doi giganți de gheață în loc de trei." Dimpotrivă, spune el, unele calcule permit existența inițială a până la cinci planete asemănătoare cu Neptun.
Batygin și colegii săi au investigat această problemă în paralel cu Nesvorni, deși din diferite motive. „Am vrut să demonstrez că nu poate exista o planetă gigantică în plus”, spune Nesvorni.
Marea pată roșie a lui Jupiter. Fotografie realizată de Voyager 1.
El a motivat că la ieșirea din sistemul solar, această planetă putatoare trebuie să fi lăsat o urmă pe ici și colo în centura Kuiper, într-o zonă cunoscută drept „centura clasică rece”. Dacă centura Kuiper ar fi o gogoașă, continuă Batygin, cureaua clasică rece ar deveni umplutura sa de ciocolată - un grup de obiecte ale căror orbite sunt situate practic în același plan în interiorul centurii Kuiper. O planetă care trecea pe lângă ar fi trebuit să perturbe aceste orbite - cel puțin așa credeau Batygin și colegii săi.
Modelele lor de computer au arătat că nu s-a întâmplat nimic asemănător. Spre surprinderea lor, planeta exilată nu ar fi distrus centura rece clasică la ieșirea ei. Acest lucru nu dovedește existența planetei - rezultatul obținut indică doar faptul că sistemul solar ar putea exista în forma sa actuală, atât cu ea, cât și fără ea. Ar putea această planetă să fi lăsat o amprentă mai clară? Sau, revenind la analogia locului crimei, există urme de derapaj? Nesvorni crede că astfel de urme ar putea rămâne bine.
Nucleul adevărului
Există o altă parte a centurii Kuiper - un flux îngust de resturi de gheață numit miez, ale cărui orbite nu corespund poziției actuale a lui Neptun. Originea sa este un mister. În 2015, Nesvorni a susținut că, poate, motivul pentru tot ar putea fi mișcarea Neptunului de la Soare, provocată de o planetă trecută.
Pe măsură ce Neptun s-a deplasat pe orbita sa finală și a măturat resturile în orbite în concordanță cu ale sale proprii, la un moment dat s-ar putea expune care a eliberat suficient din aceste resturi pentru a-și forma propriul flux.
Modelele au arătat că același impact gravitațional care ar putea determina Jupiter să sară de pe orbită pe orbită și să împingă planeta suplimentară în afara sistemului solar, s-ar fi putut întâmpla la momentul potrivit pentru a-l împinge și pe Neptun.
„Rezultatul este ceva asemănător cu un sâmbure”, spune Nesvorni. "Aceasta este o dovadă circumstanțială … nu este concludentă."
Într-adevăr, nu vom ști niciodată cu siguranță ce s-a întâmplat în sistemul solar în timpul formării sale. „Nu putem scrie Biblia sistemului solar”, spune Batygin. „Putem vorbi despre aceste evenimente în termeni foarte generali.”
Dacă unul dintre locuitorii sistemului solar este într-adevăr expulzat din granițele sale, el este în bună companie. În ultimii ani, astronomii au găsit mai multe planete necinstite în derivă între stele, care, cel mai probabil, au fost aruncate și din casele lor. Proiecând rezultatele acestei descoperiri asupra restului galaxiei, „există mult mai multe planete care zboară liber, de dimensiunea Jupiterului decât stelele”, spune Nesvorni.
Aceasta poate fi o exagerare - conform estimărilor recente, există o singură planetă asemănătoare lui Jupiter pentru fiecare patru stele - dar încă mai sunt miliarde de lumi în roaming. Și acestea sunt doar cele care au dimensiuni comparabile cu Jupiter. Oamenii noștri au fost probabil mai mici - cam de dimensiunea lui Neptun; și nu avem idee câte astfel de corpuri cutreieră galaxia. Știm însă că Universul tinde să favorizeze corpurile mici decât cele mari.
„Pariez că sunt foarte mulți”, spune Nesvorni. Printre altele, astronomii au descoperit mii de sisteme stelare pe Calea Lactee, iar multe dintre ele prezintă semne de ciocniri la o scară mult mai mare decât cea discutată mai sus. „Este uimitor”, spune Nesvorni, „cât de ordonată a rămas sistemul solar”.
Christopher Crockett
