Jorden, Mars, Venus-och en länge förlorad planet-kan ha en gång ”valsat” i perfekt harmoni runt solen
Fyra av de solsystemTerrestriska planeter, inklusive jorden och en länge förlorad värld, började troligen livet valda runt solen till en fast rytm, enligt en ny studie. Resultaten tyder också på att de planeter som bildats tidigare än tidigare trott.
Astronomer har varit alltmer intresserade av hur planetsystem förändrar sin interna arkitektur på kosmiska tidsskalor, motiverade av flera senaste exoplanet -familjeupptäckter, som sjuplanetskohort Kirande den lilla stjärnan Trappist-1.
Tidigare forskning har funnit att ett tidigt stadium i en planetär familjs metamorfos involverar par, tripletter eller hela system som rör sig i en rytmisk takt – kallad resonans – runt deras förälderstjärna. Planeter i resonans har omloppsperioder som bildar ett heltalsförhållande. I Trappist-1-systemet slutför till exempel den innersta planeten, Trappist-1 B, åtta banor för fem av dess närmaste grannar.
Resonans uppstår bland planeter födda inom en protoplanetär skiva – Skivan för skräp som omger en spädbarnsstjärna – som fortfarande innehåller gas. Sådana planeter plogar genom gasen och utbyter sin rotationsrörelse med den, vilket ofta får dem att gå mot stjärnan. Många av dessa planeter kan komma tillräckligt nära varandra under sina omloppsperioder för att ”resonera” eller bli heltal multiplar.
Idag är solsystemets planeter inte i resonans (även om Venus och Mars Kom nära, med ett orbital-period-förhållande på 3,05: 1). Men 2005, astronomer visade Den Jupiter och Saturn valde i en resonantslag strax efter deras födelse. Denna dans stoppade plötsligt 4,4 miljarder år sedan, men när protoplanetära gasskivan började förångas och pressade Saturnus, Uranus och Neptun utåt i ett evenemang som kallas den jätte planetinstabiliteten.
Släkt: Vad är det maximala antalet planeter som kan krama solen?
Hittills har ingen undersökt om de markbundna planeterna någonsin har varit i resonans, Chris Ormelen docent vid Tsinghua University i Kina och medförfattare till den nya studien, berättade Live Science via e-post. Detta berodde på att ”en alternativ teori – om att planeterna bildades av en serie gigantiska effekter – ansågs vara tillräckliga” för att förklara hur de för närvarande beter sig, sade han.
Men Forskning från 2013 Att analysera Martian -isotoper antydde att markplaneter kunde ha bildats när protoplanetära disken fortfarande var rik på gas, cirka 10 miljoner år efter solsystemets födelse. Detta innebar att de markbundna planeterna en gång kan ha varit i resonans.
För att undersöka hypotesen skapade den nya studiens författare datormodeller av spädbarnssolsystemet. Varje modell inkluderade två jätteplaneter – Jupiter och Saturn – tillsammans med fyra steniga världar: Mars, Teia (Ett hypotetiskt Mars-storlekobjekt vars kollision med tidig jord bildade vår måne), tidig jord (före Theia’s kollision) och Venus. Kvicksilver tros allmänt ha skapats av gigantiska effekter, så forskarna uteslutit det från simuleringarna.
I alla modellerna placerade teamet Saturn närmare Jupiter än det är idag och fick de steniga världarna att växa genom att samla antingen stenar eller större, biljoner ton stenblock. I de flesta simuleringar bildade Venus, Earth, Theia och Mars en 2: 3: 4: 6 resonanskedja inom en miljon år efter simulerad tid.
Forskarna utförde sedan 13 200 simuleringar av planeternas potentiella rörelser under ett 100 miljoner års intervall, med tanke på gravitationsbogerna som varje planet utövade på de andra. Vid 10 miljoner årsmärket fick forskarna emellertid Saturn att flytta utåt ”för att simulera den jätte planet instabiliteten,” Shuo Huangen doktorand vid Tsinghua University och studiens första författare, berättade för Live Science via e -post.
Forskarna fann att baserat på de valda parametrarna upp till hälften av simuleringarna skapade de markplanets nuvarande konfiguration. Detta inkluderade aspekter som förekomsten av en enda THEIA-Earth-kollision och förhållandet 3.05: 1 Orbital-period av Venus och Mars-en relik för deras tidigare resonans.
Dessutom tyder resultaten på att planeterna bildades i den gasfyllda protoplanetära skivan, inom de första 10 miljoner åren av solsystemets skapelse, som är minst 20 miljoner år äldre än Nuvarande modeller förutspår.
En planet som kan bekräfta hur gamla de steniga inre världarna är är Venus. Eftersom det (till skillnad från Earth och Mars) inte har drabbats av några jätteffekter, tror författarna att dess mantel kommer att återspegla dess forntida ursprung. Och framtida uppdrag kunde samla in sådana mantelprover, sade Huang.
Resultaten indikerar också att yttre jätteplaneter kan destabilisera sina inre följeslagare enormt. Författarna sa att detta kan förklara varför resonanssystem som Trappist-1 inte har jätte yttre planeter.
Den nya studien publicerades 18 juli i The Astrophysical Journal.
