Когда дело доходит до первых дней нашей солнечной системы, Юпитер имеет сомнительную репутацию. В некотором смысле, гигант служил защитником Земли, его гравитация выбрасывала опасные осколки вдали от каменистых планет. В то же время, Юпитер, возможно, также выбросил материал внутрь, разбив богатые водородом астероиды и планетарные зародыши, или планетезимали, в многолюдные молодые земные планеты.
Связанный контент
- Молния Юпитера более земная, чем мы думали
- Как молодой Юпитер действовал как защитник и разрушитель
Теперь исследователи предполагают, что при этом Юпитер и другие газовые гиганты, возможно, внесли нечто еще более важное для каменистых миров: воду.
Самые массивные миры, возможно, убирали богатые водой обломки из внешней солнечной системы и падали на каменистые миры. И новое исследование предполагает, что доставка жидкости, ключевого ингредиента для жизни, как мы ее знаем, не могла быть удачей. Вместо этого, все планетные системы, которым посчастливилось разместить газового гиганта на своей окраине, должны автоматически содержать богатый водой материал, падающий на их скалистые внутренние планеты.
После полного освоения газовых гигантов обломки, которые они бросают внутрь, могут быть опасными. Но во время ключевой фазы своего рождения они выбрасывают богатый водородом материал, который в конечном итоге запирается в земной коре и мантии, а затем появляется, чтобы соединиться с кислородом и стать водой.
«В процессе формирования они посылают эту большую кучу планетезималей повсюду и некоторые удары по планетам земной группы», - сказал Шон Рэймонд, астроном, который изучает эволюцию планет во французском университете Бордо и является ведущим автором исследования. опубликовано в журнале Икар . Моделируя роль газовых гигантов в ранней солнечной системе, Рэймонд обнаружил, что планеты-гиганты разных размеров неизбежно выбрасывают богатый водой материал во внутреннюю систему, где скалистые миры потенциально могут удерживать его в виде жидкой воды на своих поверхностях.
Вода, конечно, является ключевым ингредиентом для эволюции жизни, какой мы ее знаем на Земле. Поэтому, когда речь заходит об охоте на миры за пределами Солнечной системы, скалистые миры, способные содержать драгоценную жидкость, считаются лучшими охотничьими угодьями для внеземной жизни. С 1980-х годов исследователи пытались определить, как вода попала на Землю. Сегодня астероиды, богатые углеродом, являются главным подозреваемым.
В молодой солнечной системе были частые столкновения, и орбиты пересекались друг с другом, и ранние астероиды все еще были легко затронуты близкими встречами с другими планетами, гравитация которых бросила их в каменистые миры. «Я думаю, что это очень интересная история, и она фундаментально, если вы пытаетесь понять, как вы создаете пригодные для жизни планеты », - сказал астрохимик Конел Александер, изучающий примитивные метеориты из этих астероидов.
Около 4, 5 миллиардов лет назад планеты, образовавшиеся после образования солнца, образовали облако газа. Газ тянулся миллионы лет, влияя на движение планет и их богатых породами компонентов. Повышение температуры означало, что водород, строительный блок для воды, был пойман в лед в более холодных областях солнечной системы, далеко вне досягаемости Земли.
Казалось, что нашей планете суждено стать сухой и бесплодной пустошью. Так что же случилось?
«Смехотворно простая концепция»
В последние годы модели нашей солнечной системы показали, что газовые гиганты, скорее всего, подверглись сложному танцу, прежде чем оказаться в своих нынешних точках. Нептун и Уран, вероятно, сформировались ближе к солнцу, чем сегодня. В конце концов, они двинулись наружу, по пути меняясь местами. Известный как модель Ниццы, считается, что этот процесс вызвал позднюю тяжелую бомбардировку, всплеск ледяных ударов примерно через 600 миллионов лет после образования Солнечной системы.
Сатурн и Юпитер, возможно, прошли еще более мучительное путешествие, пробиваясь через молодой пояс астероидов на пути во внутреннюю солнечную систему, прежде чем повернуть вспять и направиться обратно наружу. По пути они также послали астероиды, разбивающиеся к Земле. Это известно как модель Grand Tack, которую Рэймонд помогал сформулировать в 2008 году.
Примерно в то же время Рэймонд впервые заинтриговался тем, как Юпитер мог влиять на подачу воды в ранней солнечной системе. Но его моделирование было остановлено незначительной программной проблемой, которую он, казалось, не мог поколебать. Почти десять лет спустя для того, чтобы решить эту проблему, прибыл постдокторский исследователь Андре Изидоро.
«Изидоро нашел ошибку за полчаса, которая была у меня годами», - с сожалением говорит Рэймонд. «Я был очень счастлив, что он нашел это, чтобы мы могли на самом деле сделать проект».
В соответствии с новой моделью, когда газовый гигант становится больше, потребляя больше материала, его увеличивающаяся сила тяжести дестабилизирует близлежащие протопланеты. Сопротивление все еще присутствующему газу туманности влияет на то, как осколки движутся через солнечную систему, отправляя часть из них внутрь к внутренней солнечной системе. Часть этого материала оказалась в ловушке в поясе астероидов, наполнив его астероидами с высоким содержанием углерода, содержание воды в которых очень похоже на содержание Земли.
Первоначально, говорит Рэймонд, богатые углеродом астероиды были разбросаны по всему региону, который в 5-20 раз превышает расстояние от Земли до Солнца. «Должно быть, он охватил всю солнечную систему», - говорит он.
Но Александр, который изучает богатые углеродом астероиды, подозревает, что регион был меньше, и большинство подозреваемых формировались за пределами орбиты Юпитера. Тем не менее, он считает, что модель Рэймонда хорошо объясняет, как богатый водой материал доставлялся на Землю, называя эту гипотезу «совершенно разумной».
«Это лучший способ доставить эти летучие вещества в область формирования планет земной группы», - говорит Александр.
Модель оставляет несколько вопросов висят, например, почему сегодня так мало богатства масс ранней Солнечной системы. «Это ключевая часть, которая должна быть связана», - признается Рэймонд.
Тем не менее, он говорит, что модель помогает заполнить несколько пробелов, в том числе и то, почему вода Земли соответствует составу астероидов внешнего пояса в большей степени, чем более сухие астероиды внутренних поясов.
«Это смехотворно простое последствие роста Юпитера и Сатурна», - говорит он.
Охота на богатые водой миры
Перед моделью Рэймонда исследователи думали, что это был необычный танец внешних планет, который посылал воду во внутреннюю солнечную систему и удерживал Землю от сухого будущего. Если бы это было правдой, это было бы плохой новостью для других миров, где газовые гиганты, возможно, остались живыми существами, которые никогда не уходили далеко от того, с чего начали.
Новая модель предполагает, что любой газовый гигант отправит влажный материал внутрь, как следствие их образования. В то время как массивные миры размером с Юпитер были самыми эффективными, Рэймонд обнаружил, что газовый гигант любого размера может вызвать рост. Это хорошая новость для исследователей, охотящихся на водные планеты за пределами нашей солнечной системы.
В нашей собственной солнечной системе модель показывает, что льды из внешней солнечной системы обрушились на Землю тремя волнами. Первый пришел, когда Юпитер распух. Второй был вызван во время формирования Сатурна. И третий произошел бы, когда Уран и Нептун мигрировали внутрь, а затем были заблокированы двумя другими и отправлены обратно на окраины Солнечной системы.
«Я думаю, что самая крутая вещь в том, что для любой экзо-солнечной системы, где у вас есть гигантские планеты и планеты земного шара, это означает, что эти гигантские планеты будут направлять воду внутрь к земным планетам», - сказал Дэвид О'Брайен, исследователь из Планетарной системы. Научный институт, который изучает формирование планет и эволюцию ранней солнечной системы. «Это открывает много возможностей для изучения пригодных для жизни планет».
К сожалению, пока у нас не так много похожих систем для сравнения. Большинство известных экзопланет были идентифицированы с миссией НАСА «Кеплер», которая, по словам О'Брайена, наиболее чувствительна к планетам с орбитами, меньшими, чем у Земли, и испытывает трудности с обнаружением газовых гигантов во внешней системе. Маленькие каменистые планеты также сложнее наблюдать. Это не значит, что их там нет, просто мы их еще не заметили.
Но если такие системы существуют, исследования Рэймонда показывают, что каменистые миры должны быть богаты тем, что мы считаем жидкостью жизни. «Если есть земные планеты и планеты-гиганты, то эти гигантские планеты, вероятно, дали земной планете немного воды», - говорит О'Брайен.
