Jeśli chodzi o początki naszego Układu Słonecznego, Jowisz ma wątpliwą reputację. Pod pewnymi względami gigant służył jako obrońca Ziemi, jego grawitacja wypuszczała niebezpieczne śmieci z dala od skalistych planet. W tym samym czasie Jowisz mógł również ciskać materiał do wewnątrz, rozbijając bogate w wodór planetoidy i zarodki planetarne lub planetozymale na zatłoczone młode planety lądowe.
powiązana zawartość
- Błyskawica Jowisza jest bardziej ziemska niż myśleliśmy
- Jak młody Jowisz działał zarówno jako Obrońca, jak i Niszczyciel
Teraz naukowcy sugerują, że robiąc to, Jowisz i inni gazowi olbrzymy mogli przyczynić się do powstania czegoś jeszcze ważnego w skalistych światach: wody.
Najbardziej masywne światy mogły zbierać bogate w wodę szczątki z zewnętrznego układu słonecznego, aby spadły na skaliste światy. Nowe badania sugerują, że dostarczanie płynu, kluczowego składnika życia, jaki znamy, mogło nie być szczęściem. Zamiast tego wszystkie układy planetarne, które mają szczęście pomieścić giganta gazowego na swoich obrzeżach, powinny automatycznie mieć materiał bogaty w wodę spadający na ich skaliste planety wewnętrzne.
Po pełnym rozwinięciu się gazowych gigantów szczątki, które wyrzucają do wewnątrz, mogą być niebezpieczne. Ale podczas kluczowej fazy swoich narodzin rzucają bogaty w wodór materiał, który zamyka się w skorupie ziemskiej i płaszczu, wyłaniając się później, by związać się z tlenem i stać się wodą.
„W trakcie formowania wysyłają wszędzie ten wielki stos planetozymali, a niektóre uderzają w planety lądowe” - powiedział Sean Raymond, astronom, który bada ewolucję planet na francuskim uniwersytecie w Bordeaux i główny autor badania opublikowany w czasopiśmie Icarus . Modelując rolę gazowych gigantów we wczesnym układzie słonecznym, Raymond odkrył, że gigantyczne planety o różnych rozmiarach nieuchronnie wrzucały bogaty w wodę materiał do układu wewnętrznego, gdzie skaliste światy mogłyby potencjalnie utrzymywać go jako płynną wodę na swoich powierzchniach.
Woda jest oczywiście kluczowym składnikiem ewolucji życia, jakie znamy na Ziemi. Jeśli więc chodzi o światy łowieckie poza Układem Słonecznym, uważa się, że światy skaliste zdolne do przyjmowania cennego płynu są najlepszymi polowaniami dla życia pozaziemskiego. Od lat 80. badacze starają się ustalić, w jaki sposób woda przybyła na Ziemię. Obecnie bogatymi w węgiel asteroidami są głównymi podejrzanymi.
W młodym układzie słonecznym kolizje były częste, a orbity przecinały się nawzajem, a wczesne asteroidy nadal łatwo ulegały oddziaływaniu na bliskie spotkania z innymi planetami, których grawitacja rzuciła je w stronę skalistych światów. „Myślę, że to bardzo interesująca historia, i taka, która fundamentalne, jeśli próbujesz zrozumieć, w jaki sposób tworzysz planety nadające się do zamieszkania ”- powiedział astrochemik Conel Alexander, który bada prymitywne meteoryty z tych asteroid.
Około 4, 5 miliarda lat temu obłok gazu pozostawiony przez Słońce zrodził planety. Gaz krążył wokół milionów lat, wpływając na ruch planet i ich bogatych w skały komponentów. Rosnące temperatury spowodowały, że wodór, budulec wody, został uwięziony w lodzie w zimniejszych regionach Układu Słonecznego, daleko poza zasięgiem Ziemi.
Wydawało się, że nasza planeta jest suchym i jałowym pustkowiem. Więc co się stało?
„Śmiesznie prosta koncepcja”
W ostatnich latach modele naszego Układu Słonecznego pokazały, że gazowi giganci najprawdopodobniej przeszli skomplikowany taniec, zanim trafili na swoje obecne miejsca. Neptun i Uran prawdopodobnie uformowali się bliżej Słońca niż są dzisiaj. W końcu ruszyli na zewnątrz, po drodze handlując miejscami. Uważa się, że proces ten, znany jako model nicejski, spowodował późne ciężkie bombardowanie, skok lodowych uderzeń około 600 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego.
Saturn i Jowisz mogli odbyć jeszcze bardziej wstrząsającą podróż, przebijając się przez młody pas asteroid w drodze do wewnętrznego układu słonecznego, zanim cofną kurs i skierują się na zewnątrz. Po drodze wysłali również asteroidy uderzające w Ziemię. Jest to znane jako model Grand Tack, który Raymond pomagał sformułować w 2008 roku.
Mniej więcej w tym czasie Raymond po raz pierwszy zaintrygował sposób, w jaki Jowisz mógł kształtować dostarczanie wody we wczesnym układzie słonecznym. Ale jego modelowaniu utrudniał drobny problem programistyczny, którego nie mógł się trząść. Rozwiązanie problemu zajęło przybycie naukowca podoktoranckiego Andre Izidoro, prawie dziesięć lat później.
„Izidoro znalazł błąd, który miałem od lat w ciągu pół godziny”, mówi ze smutkiem Raymond. „Byłem bardzo szczęśliwy, że go znalazł, dzięki czemu mogliśmy faktycznie wykonać projekt”.
Zgodnie z nowym modelem, gdy gazowy gigant rośnie, zużywając więcej materiału, jego rosnąca grawitacja destabilizuje pobliskie protoplanety. Opór wciąż obecnego gazu mgławicy wpływa na sposób przemieszczania się gruzu przez układ słoneczny, wysyłając jego część do wewnątrz w kierunku wewnętrznego układu słonecznego. Część tego materiału została uwięziona w pasie asteroid, zapełniając go asteroidami bogatymi w węgiel, których zawartość wody jest tak podobna do ziemskiej.
Pierwotnie, Raymond mówi, bogate w węgiel asteroidy zostały rozproszone po całym regionie od 5 do 20 razy większej od odległości Ziemia-Słońce. „Musiał pokryć cały układ słoneczny” - mówi.
Ale Alexander, który bada asteroidy bogate w węgiel, podejrzewa, że region był mniejszy, a większość podejrzanych formuje się tuż poza orbitą Jowisza. Mimo to uważa, że model Raymonda dobrze wyjaśnia, w jaki sposób materiał bogaty w wodę został dostarczony na Ziemię, nazywając hipotezę „całkowicie uzasadnioną”.
„To najlepszy sposób na wprowadzenie tych substancji lotnych do regionu formowania się planet ziemskich” - mówi Alexander.
Model pozostawia kilka pytań, na przykład dlaczego tak mało bogactwa masy wczesnego Układu Słonecznego jest dzisiaj obecne. „To kluczowy element, który należy połączyć” - przyznaje Raymond.
Mimo to mówi, że model pomaga wypełnić kilka luk, w tym dlaczego woda na Ziemi bardziej pasuje do składu asteroid pasów zewnętrznych niż suchsze asteroidy pasów wewnętrznych.
„To absurdalnie prosta konsekwencja wzrostu Jowisza i Saturna” - mówi.
Polowanie na bogate w wodę światy
Przed modelem Raymonda badacze sądzili, że to niezwykły taniec planet zewnętrznych, który wysłał wodę do wewnętrznego układu słonecznego i uchronił Ziemię przed suchą przyszłością. Gdyby to była prawda, byłaby to zła wiadomość dla innych światów, w których gazowi giganci mogliby pozostać wallflowers, którzy nigdy nie oddalili się od miejsca, w którym się zaczęli.
Nowy model sugeruje, że każdy gazowy gigant wysłałby mokry materiał ciskając do wewnątrz w wyniku ich powstania. Podczas gdy ogromne światy wielkości Jowisza były najskuteczniejsze, Raymond odkrył, że każdy gazowy gigant może spowodować wzrost. To dobra wiadomość dla naukowców polujących na wodne planety poza naszym Układem Słonecznym.
W naszym układzie słonecznym model pokazuje, że lody z zewnętrznego układu słonecznego padały na Ziemię w trzech falach. Pierwszy przyszedł, gdy Jowisz nabrzmiał. Drugi został uruchomiony podczas formowania Saturna. Trzeci miałby miejsce, gdy Uran i Neptune migrowały do wewnątrz, zanim zostały zablokowane przez pozostałych dwóch i odesłane z powrotem na obrzeża Układu Słonecznego.
„Myślę, że najfajniejszą rzeczą jest to, że zasadniczo oznacza to dla każdego egzo-słonecznego układu, w którym masz gigantyczne planety i planety ziemskie, te gigantyczne planety wysyłałyby wodę do planet lądowych” - powiedział David O'Brien, badacz z Planetary Instytut Nauki, który bada powstawanie planet i ewolucję wczesnego układu słonecznego. „Otwiera to wiele możliwości badań planet nadających się do zamieszkania.”
Niestety, do tej pory nie mamy wielu podobnych systemów do porównania. Większość znanych egzoplanet została zidentyfikowana podczas misji NASA Kepler, która według O'Brien jest najbardziej wrażliwa na planety o orbitach mniejszych niż Ziemia i ma trudności z wykryciem gazowych gigantów w układzie zewnętrznym. Obserwacja małych planet skalistych również jest trudniejsza. To nie znaczy, że ich tam nie ma - po prostu oznacza, że jeszcze ich nie zauważyliśmy.
Ale jeśli takie systemy istnieją, badania Raymonda sugerują, że skaliste światy powinny być bogate w to, co uważamy za płyn życia. „Jeśli istnieją planety ziemskie i gigantyczne, te gigantyczne planety prawdopodobnie zapewnią planecie ziemskiej trochę wody” - mówi O'Brien.
