Teadlased jätkavad päikesesüsteemi uurimist ja see tundub väga huvitav. Näiteks moodsate planeetide orbiitide sadama vihjed, mis paljastavad Päikesesüsteemi päritolu karmid tingimused - ja võib-olla ka tähtedevahelise hiiglase olemasolu, mis eksisid juba ammu. Meie päikesesüsteem on nagu kuriteopaigal, mis juhtus 4,6 miljardit aastat tagasi.
Kaasaegsed orbiidid sisaldavad vihjeid, mis paljastavad päikesesüsteemi päritolu karmid tingimused - ja võib-olla ka tähtedevahelise hiiglase olemasolu, mis eksis juba ammu.
Meie päikesesüsteem on nagu kuriteopaigal, mis juhtus 4,6 miljardit aastat tagasi.
Kraatritega kaetud pinnad, ümberasustatud planeetilised orbiidid ja planeetidevahelise prahi pilved on jäljenditest väljuva auto seinal vere pritsmete ja libisemismärkide kosmilised analoogid. Need ja muud vihjed räägivad meie planeedi pere kaootilisest päritolust.
Nende jälgede hulgas on vihje kadunud õe-venna, planeedi 9 (ei, mitte Pluuto) kohta, mis visati ära päikesesüsteemi algse moodustumisega kaasnenud gravitatsioonilises sõjavees.
Tänapäeval domineerib Päikesesüsteemi äärealadel neli tohutut planeeti: Jupiter, Saturn, Uraan ja Neptuun. Nende taga on Kuiperi vöö - jääkilpide väli, mille hulgast leiab Pluutot.
"Ärge arvake, et Päikesesüsteemi perifeeria on alati olnud sama nagu praegu," ütleb Colorado Boulderis asuva edelauuringute instituudi planeediteadlane David Nesvorny, kes rääkis 2011. aastal esmakordselt põgenenud planeedi kasuks. aastal.
Nesvorni kuulub teadlaste rühma, kes püüavad aru saada, kuidas Päikesesüsteem selle olemasolu esimese paarisaja miljoni aasta jooksul arenes. Keerukaid arvutimudeleid kasutades koostasid teadlased vastsündinud planeetide kokkupõrgete kronoloogia, mis tekkisid üksteisele suhteliselt lähedal - nad libisesid vaheldumisi ja hüppasid ühelt orbiidilt teisele. Need mudelid on paljastanud palju väikeseid detaile selle kohta, kuidas planeedid, asteroidid ja komeedid tänapäeval päikese ümber tiirlevad.
Reklaamvideo:
Oli ainult üks probleem. Tavaliselt lõppesid simuleeritud stsenaariumid kas Uraani või Neptuuni väljajuhtimisega Päikesesüsteemist, nagu kirjutas Nesvorny septembris Astronoomia ja astrofüüsika aastaülevaates.
Kuna tegelikkuses jäävad Uraan ja Neptuun oma kohtadesse - kosmoseaparaadid on neid mõlemaid külastanud -, siis nendes stsenaariumides midagi ei õnnestunud. Nagu paljud teadlased kahtlustavad, võib selle mõistatuse võtmeisik ja Päikesesüsteemi ajaloo puuduv lüli olla aga viies hiiglaslik planeet.
Kadunud planeet
Astronoomid loodavad nende iidsete stseenide taasloomiseks arvutimudelitest, luues tuhandeid erinevaid päikesesüsteeme tuhandetel erinevatel viisidel. Nad tõlgivad füüsikaseadused ja kõik planeedi algsed positsioonid programmikoodiks. Teadlane seab parameetrid - siin on üks planeet, hunnik asteroide - ning siis nõjatub oma toolil tagasi ja laseb simuleeritud keskkonnal tema heaks kogu töö ära teha. Paari nädala pärast reaalajas - mudelis miljonite aastate jooksul - kontrollib astronoom tulemusi, et näha, mis juhtus päikesesüsteemiga. Mida lähemal see reaalsusele, seda edukam on mudel.
Seda tegi Nesvorni 2009. aastal. Ta tegeles virtuaalsete päikesesüsteemidega, üritades virtuaalset Uraani ja virtuaalset Neptuuni päästa nende virtuaalsetest radadest sügavas kosmoses.
Probleemiks oli Jupiter - hiiglaslik huligaanslik planeet, mille raskusjõud võib ulatuda piisavalt kaugele, et seda ümber lükata väiksemate planeetide ja mitmesuguste prahtide poolt. Siiani edukaima simulatsiooni käigus põrkasid Jupiter ja üks kahest välimisest planeedist teineteisest eemale ja asusid lõpuks oma praegustele orbiitidele. Kuid see juhtus ainult ühel protsendil kõigist mudelitest. Ülejäänud 99% juhtudest viskas Jupiter Uraani või Neptuuni nii kõvasti, et nad lahkusid Päikesesüsteemist ega naasnud selle juurde enam kunagi.
"See muutis olukorra väga salapäraseks, kuna teadsime, et Uraan ja Neptuun eksisteerivad endiselt oma praegusel kujul," ütleb Nesvorni. Nii et ta jätkas eksperimenteerimist. Pärast aastakest lugematute erinevate stsenaariumide simuleerimist hakkas ta mõtlema märterplaneetide lisamisele - ülejäänute päästmiseks ohverdati lisaplaneedid.
"Ma lihtsalt simuleerisin nende olemasolu, et näha, mis juhtus, ja mitte sellepärast, et suutsin idee endasse tõsiselt suhtuda," ütleb Nesvorni. "Kuid siis sain aru, et selles võib olla mõistlikku tera." Ta juhtis umbes 10 000 stsenaariumi, muutes lisaplaneetide arvu, nende algset asukohta ja igaühe massi.
Parim variant, mis ennustas kõige täpsemini meie päikesesüsteemi hetkeseisu, osutus selliseks, kus lisaplaneet asus Saturni ja Uraani algsete orbiitide vahel. Massi osas oli planeet umbes Uraani ja Neptuuniga võrdne ning peaaegu 16 korda suurem kui Maa. See on selline planeet, mis võib põrkuda Jupiteri orbiidil ja lennata Päikesesüsteemist välja.
Graafik näitab, kuidas planeetide ja päikese vaheline kaugus on aja jooksul muutunud. Esimesed paar miljonit aastat arvutimudelis muutusid orbiidid aeglaselt, siis tekkis Saturni (roheline) ja lisaplaneedi (lilla) vahel tihe kontakt, mis viis orbiitide destabiliseerumiseni. Punktiirjooned tähistavad orbiitide praeguseid suurusi. (Allikas: võetud D. Nesvorny materjalidest / ajakirja Knowable astronoomia ja astrofüüsika jaotis, 2018.)
Võimalused on endiselt väikesed. Järgmistes mudelites lõppes see joondamine edukalt umbes viie protsendi ajast. "Päikesesüsteemi olemasolu praegusel kujul ei ole tüüpiline ega ennustatav," märkis Nesvorny 2012. aastal ühes oma kolleegi Alessandro Morbidelliga Prantsuse Riviera observatooriumist kirjutatud artiklis. Sellele vaatamata oli mudel olulist edasiminekut võrreldes nende mudelite 1-protsendilise edukusega, mis hõlmasid ainult neid nelja hiidplaneeti, mida me tänapäeval tunneme ja armastame.
"Kui eeldada viienda planeedi olemasolu, on toimuva seletamine palju hõlpsam," ütleb Prantsusmaa Bordeauxi ülikooli planeediteadlane Sean Raymond. Ja kuigi tõendid on enamasti kaudsed, "on palju loogilisem eeldada, et siis oli ka viies planeet".
See võib tunduda väga vaieldav eeldus. Kuidas saavad astronoomid midagi teada sellest, mis juhtus neli miljardit aastat tagasi, isegi nende planeetidega, mida võime praegu jälgida, rääkimata neist, mille kohta me ei tea midagi? Siiski selgub, et planeedid on jätnud tuleviku detektiividele tõendusmaterjaliks palju nooruse lahinguarme.
Planeedidevaheline verepiiska
"Oleme enam kui kindlad, et planeedid ei pärinenud seal, kus nad täna on," ütles Normani Oklahoma ülikooli planeediteadlane Nathan Keib.
See teostus juhtus aga üsna hiljuti. Suurema osa ajaloo jooksul pole astroloogidel olnud kahtlust, et planeedid on alati olnud nende praegustel orbiitidel. Kuid 1990ndate alguses mõistsid teadlased, et sellisest mudelist midagi puudu oli.
Neptuun ja Triton.
Vahetult Neptuuni orbiidist kaugemal asub Kuiperi vöö - päikest ümbritsev jääpraht. "See on meie seina vereringe," ütleb California tehnoloogiainstituudi planeediteadlane Konstantin Batygin.
Kuiperi vööobjektide paiknemine viis uurijad vältimatu järelduseni: Neptuun oleks pidanud moodustuma Päikesele palju lähemal kui tema praegune asukoht viitab. Paljud Kuiperi vöö objektid koonduvad kontsentrilistele orbiitidele, mis meenutavad ebamääraselt muusikalise plaadi sooni. Need orbiidid pole peaaegu juhuslikud - nad on Neptuuniga otseselt seotud.
Näiteks Pluuto on Kuiperi vöö kuulsaim elanik. Tema ja paarisaja meile teadaoleva kaasreisija seas toimub Päikese ümber täpselt kaks pööret kolmes, mida Neptuun samal perioodil teeb. Muud rihmavoo prügivood teevad ühe täieliku pöörde iga kahe kohta, mille Neptuun täidab - või õigemini neli iga seitsme kohta.
Kuiperi vööd ei saanud ilma välise mõjutamiseta sel viisil teha. Kui aga eeldada, et Neptuun kerkis Päikesele lähemale ja liikus siis väljapoole, oleks selle gravitatsioonijõud piisavalt tugev, et püüda oma võrkudesse planeetidevaheline praht ja saata see nendele ebaharilikele orbiitidele.
See mudel näitab, kuidas välimiste planeetide (vasakul olev pilt) lähedane paigutus võib aja jooksul muutuda. Jupiteri ja Saturni orbiidid lähenevad (keskpilt), mis põhjustab muutusi kõigis teistes orbiitides. Täpsemalt selles mudelis vahetatakse Uraan ja Neptuun. Mõni aeg hiljem (pilt paremal) hajub laiali - osa sellest settib Kuiperi vööndisse, samal ajal kui planeedid hakkavad liikuma oma praeguste orbiitide poole. (Allikas: kohandatud saidilt Astromark / Wikimedia Commons.)
See langes kokku mõnede kümme aastat varem saadud mudelite ennustustega.
Planeetide moodustumine jättis maha kogu Päikesesüsteemi laiali puistatud prahi. Kõik killud, mis Neptuunile liiga lähedale jõudsid, langevad paratamatult selle raskuse mõju alla. Kuna igale toimingule järgneb võrdne opositsioonijõud, liikus Neptuun iga kord shardi, liikus ta ise vastupidises suunas. Aeglaselt, kuid kindlalt hiilis Neptuun päikese eest.
Neptuuni rändeprotsess kehtib ka teiste hiidplaneetide kohta. Lõppude lõpuks tegid Jupiter, Saturn ja Uraan sama prügivälja läbi tee ja käsitlesid sarnaseid gravitatsioonilisi koostoimeid. Ja kui Neptuun koliks uude kohta, oleks sama pidanud juhtuma kõigi teiste hiidplaneetidega.
Ja see protsess ei olnud ilmselgelt sujuv.
Pidevad kokkupõrked kogu selle prahiga oleks pidanud hiiglaslike planeetide orbiidid muutuma täiuslikeks, sihvakateks ringideks - täpselt nagu savi pottseppajal on tasandatud pottseppa kindla käega. Orbiidid osutusid aga hoopis teistsugusteks. Selle asemel liiguvad hiiglaslikud planeedid pisut piklike ja moonutatud orbiitidega. Justkui lööks keegi ratast, ümber kujundades kord ümmargused potid.
Jupiter hüppas
2005. aastaks olid teadlased süüdlase kindlaks teinud. Uued mudelid tegid ettepaneku, et hiiglaslikud planeedid läbisid mingil hetkel selle, mida teadlased nimetavad "dünaamiliseks ebastabiilsuseks". Teisisõnu, umbes miljoni aasta jooksul muutus kõik hulluks keeriseks. Selle kõige tõenäolisem põhjus näis olevat Saturni ja Uraani ehk Neptuuni - see tähendab ühe jäähiiglase - kokkupõrgete seeria, mis saatis ühe neist otse Jupiteri poole. Niipea kui kadunud planeet lähenes, tõmbas selle gravitatsioon Jupiteri, aeglustades seda ja surudes kitsamale orbiidile. Jupiter tõmbas sissetungiva planeedi siiski mitte vähem jõuga. Jää hiiglane, olles palju kergem, kiirendas palju rohkem kui Jupiter aeglustas ja suundus päikesest eemale.
Selline juhtum oleks päikesesüsteemi gravitatsiooniline pogrom. Jupiter hüppas sügavamale sissepoole, ülejäänud välimised planeedid aga väljapoole. Selline tõuge painutaks hiiglaslike planeetide orbiidid nende praegusesse olekusse. Lisaks päästaks see sisemise päikesesüsteemi - Merkuuri, Veenuse, Maa, Marsi ja asteroidi vöö - nii Jupiteri kui ka Saturni raskusjõu mõjul, mis oli varastes mudelites veel üks probleem.
Mis viib meid Uraani või Neptuuni süsteemist eemaldamiseni. Just simulatsiooni selles etapis viskab Jupiter kõige sagedamini ühe jäähiiglase minema.
See on väga probleem, mida Nesvorny püüdis lahendada, ilma et oleks rikutud kõike muud simulatsioonides, mis töötasid. Lisajää hiiglane võtab Jupiterilt löögi suurema osa, andes ülejäänud stsenaariumile võimaluse takistamatult lahti liikuda.
"See on üsna usutav," ütleb Batygin. "See pole sugugi fakt, et alati on olnud kolme asemel täpselt kaks jäähiiglast." Vastupidi, tema sõnul lubavad mõned arvutused kuni viie Neptuuni-laadse planeedi algset olemasolu.
Batygin ja tema kolleegid uurisid seda küsimust paralleelselt Nesvorniga, ehkki erinevatel põhjustel. "Tahtsin näidata, et täiendavat hiiglaslikku planeeti ei saa olla," ütleb Nesvorni.
Jupiteri suur punane laik. Foto on teinud Voyager 1.
Ta põhjendas, et teel Päikesesüsteemist pidi see oletatav planeet jätma jälje siia-sinna Kuiperi vööndisse, piirkonnas, mida tuntakse "külma klassikalise vööna". Kui Kuiperi vöö oleks sõõrik, jätkaks Batõgin, muutuks külm klassikaline vöö selle šokolaaditäidiseks - objektide klastriks, mille orbiidid asuvad Kuiperi vöö praktiliselt samal tasapinnal. Mööduv planeet oleks pidanud neid orbiite rikkuma vähemalt - nii uskusid Batygin ja tema kolleegid.
Nende arvutimudelid näitasid, et midagi sellist polnud juhtunud. Nende üllatuseks poleks pagendatud planeet oma väljumisel külma klassikalist vööd hävitanud. See ei tõesta planeedi olemasolu - saadud tulemus näitab vaid seda, et Päikesesüsteem võis eksisteerida praegusel kujul nii koos kui ka ilma selleta. Kas see planeet oleks võinud jätta selgema jälje? Või naastes kuriteopaiga analoogia juurde, on mingeid jälgi libisemisest? Nesvorni arvab, et sellised jäljed võiksid ka jääda.
Tõe tuum
Kuiperi vööl on veel üks osa - tuumaks kutsutud kitsas jäise prahi voog, mille orbiidid ei vasta Neptuuni praegusele asukohale. Selle päritolu on mõistatus. Aastal 2015 väitis Nesvorni, et võib-olla võib kõige põhjuseks olla Neptuuni liikumine Päikesest, mille on provotseerinud eelmine planeet.
Kui Neptuun liikus oma lõplikule orbiidile ja pühkis prahi enda omaga kooskõlas olevatele orbiitidele, võis see mingil hetkel paljastada, mis eraldas sellest prahist piisavalt voolu, et moodustada oma voog.
Mudelid on näidanud, et sama gravitatsiooniline mõju, mis võib põhjustada Jupiteri hüppe orbiidilt orbiidile ja tõugata lisaplaneedi Päikesesüsteemist välja, võinuks juhtuda õigel ajal ka Neptuuni surumiseks.
"Tulemus on midagi kerneli sarnast," ütleb Nesvorni. "See on kaudne tõendusmaterjal … see pole lõplik."
Tegelikult ei tea me kunagi kindlalt, mis päikesesüsteemis selle moodustumise ajal toimus. "Me ei saa päikesesüsteemi piiblit kirjutada," ütleb Batygin. "Nendest sündmustest saame rääkida ainult väga üldises plaanis."
Kui üks päikesesüsteemi elanik tõepoolest selle piiridest välja saadetakse, on ta heas seltskonnas. Viimastel aastatel on astronoomid leidnud mitmeid tähtede vahel triivivaid petlikke planeete, mis suure tõenäosusega ka oma kodudest välja visati. Projekteerides selle avastuse tulemusi ülejäänud galaktikale, “on Jupiteri suurusel vabalt lendavaid planeete rohkem kui tähti,” ütleb Nesvorni.
See võib olla liialdus - viimaste hinnangute kohaselt on iga nelja tähe kohta ainult üks Jupiteri-sarnane planeet -, kuid see on ikkagi miljardeid rändlevaid maailmu. Ja need on ainult need, mis on Jupiteriga võrreldavad. Meie väljasõit oli ilmselt väiksem - umbes Neptuuni suurune; ja meil pole aimugi, mitu sellist keha galaktikas rändleb. Kuid me teame, et universum kipub eelistama väikeseid kehasid kui suuri.
"Vean kihla, et neid on palju," ütleb Nesvorni. Muu hulgas on astronoomid avastanud Linnutee kaudu tuhandeid tähesüsteeme ja paljudel neist on kokkupõrke märke märksa suuremas mahus kui ülalpool käsitletud. "See on hämmastav," ütleb Nesvorni, "kui korras on päikesesüsteem püsinud."
Christopher Crockett
