Vedci pokračujú v štúdiu slnečnej sústavy a vyzerá to veľmi zaujímavo. Napríklad moderné planétové obežné dráhy majú záchytné body, ktoré odhaľujú drsné podmienky pôvodu slnečnej sústavy - a možno aj existenciu medzihviezdneho gigantu, ktorý bol dávno na scestie. Naša slnečná sústava je ako miesto činu, ku ktorému došlo pred 4,6 miliardami rokov.
Moderné dráhy obchádzajú stopy, ktoré odhaľujú drsné podmienky pôvodu slnečnej sústavy - a možno aj existenciu medzihviezdneho gigantu, ktorý bol dávno na scestie.
Naša slnečná sústava je ako miesto činu, ku ktorému došlo pred 4,6 miliardami rokov.
Povrchy pokryté krátermi, vysídlenými planétovými obežnými dráhami a oblakmi medziplanetárnych zvyškov sú kozmickými analógmi rozstreku krvi na stene a šmykmi z auta, ktoré opúšťa prenasledovanie. Tieto a ďalšie stopy hovoria o chaotickom pôvode našej planétovej rodiny.
Medzi týmito stopami sa skrývajú stopy o stratenom súrodencovi, planéte 9 (nie, nie Pluto), odhodenej v gravitačnom remorkéri, ktorý sprevádzal pôvodnú formáciu slnečnej sústavy.
Na periférii slnečnej sústavy dnes dominujú štyri obrovské planéty: Jupiter, Saturn, Urán a Neptún. Za nimi je pás Kuiper - pole ľadových črepov, medzi ktorými sa nachádza Pluto.
„Nemyslite si, že periféria slnečnej sústavy bola vždy rovnaká ako v súčasnosti,“hovorí David Nesvorny, planetárny vedec z Juhozápadného výskumného ústavu v Boulder, Colorado, ktorý sa v roku 2011 prvýkrát vyjadril za existenciu utečeneckej planéty. ročne.
Nesvorni je členom skupiny vedcov, ktorí sa snažia prísť na to, ako sa vyvíjala slnečná sústava v prvých stovkách miliónov rokov jej existencie. Použitím sofistikovaných počítačových modelov vedci zostavili chronológiu zrážok medzi novonarodenými planétami, ktoré vznikli relatívne blízko pri sebe - striedavo kĺzali a preskakovali z jednej obežnej dráhy na druhú. Tieto modely odhalili mnoho malých detailov o tom, ako sa dnes planéty, asteroidy a kométy otáčajú okolo Slnka.
Propagačné video:
Bol iba jeden problém. Simulované scenáre sa zvyčajne skončili tým, že Urán alebo Neptún boli vytlačené zo slnečnej sústavy, ako napísal Nesvorni v septembri vo výročnom prehľade o astronómii a astrofyzike.
Pretože v skutočnosti Urán a Neptún zostávajú na svojich miestach - kozmické lode ich navštívili - niečo v týchto scenároch nefungovalo. Ako však mnohí vedci predpokladajú, piata obrovská planéta môže byť kľúčovým hráčom v tomto tajomstve a chýbajúcim spojením v histórii slnečnej sústavy.
Stratená planéta
Astronómovia sa spoliehajú na počítačové modely, aby znovu vytvorili tieto starodávne scény a vytvorili tisíce rôznych solárnych systémov tisíckami rôznymi spôsobmi. Prekladajú zákony fyziky a akékoľvek počiatočné planétové pozície, na ktoré môžu myslieť, do programového kódu. Výskumník nastaví parametre - jedna planéta tu, banda asteroidov - a potom sa oprie o stoličku a nechá simulované prostredie urobiť všetku prácu za neho. Po niekoľkých týždňoch v reálnom čase - milióny rokov v modeli - astronóm skontroluje výsledky, aby zistil, čo sa stalo so slnečnou sústavou. Čím bližšie je realita, tým úspešnejší je model.
To urobil Nesvorni v roku 2009. Ponoril sa do virtuálnych solárnych systémov v snahe zachrániť virtuálny Urán a virtuálny Neptún z ich virtuálnych ciest v hlbokom vesmíre.
Problémom bola Jupiter, obrovská chuligánska planéta, ktorej gravitácia sa môže dostať dosť ďaleko, aby ju mohli tlačiť menšie planéty a rôzne úlomky. V doteraz najúspešnejšej simulácii sa Jupiter a jedna z dvoch vonkajších planét odrazili a nakoniec sa usadili na svojich súčasných obežných dráhach. Stalo sa to však iba u jedného percenta všetkých modelov. V zostávajúcich 99% prípadov Jupiter hodil Urán alebo Neptún tak tvrdo, že opustili slnečnú sústavu a nikdy sa k nej nevrátili.
"Situácia bola veľmi tajomná, pretože sme vedeli, že Urán a Neptún naďalej existujú v súčasnej podobe," hovorí Nesvorni. Takže pokračoval v experimentovaní. Po roku simulácie nespočetných rôznych scenárov začal uvažovať o pridaní planét mučeníkov - ďalšie planéty sa obetovali, aby zachránili ostatné.
„Len som im simuloval ich existenciu, aby som zistil, čo sa stalo, a nie preto, že som myslel samotný nápad vážne,“hovorí Nesvorni. „Ale potom som si uvedomil, že v tom môže byť rozumné zrno.“Spravil asi 10 000 scenárov, ktoré menili počet extra planét, ich pôvodné umiestnenie a hmotnosť každej z nich.
Najlepšia možnosť, ktorá najpresnejšie predpovedala súčasný stav našej slnečnej sústavy, sa ukázala byť taká, v ktorej sa extra planéta nachádzala medzi pôvodnými obežnými dráhami Saturn a Urán. Čo sa týka hmotnosti, planéta bola približne rovnaká ako Urán a Neptún a bola takmer 16-krát väčšia ako Zem. Je to taká planéta, ktorá by sa mohla zraziť s obežnou dráhou Jupitera a vyletieť zo slnečnej sústavy.
Graf ukazuje, ako sa v priebehu času zmenila vzdialenosť medzi planétami a slnkom. Prvých niekoľko miliónov rokov v počítačovom modeli sa obežné dráhy menili pomaly, potom medzi Saturnom (zelená) a extra planétou (fialová) došlo k úzkemu kontaktu, čo viedlo k destabilizácii orbit. Bodkované čiary označujú aktuálnu veľkosť orbit. (Zdroj: prevzatý z materiálov D. Nesvorného / časť astronómie a astrofyziky časopisu Knowable, 2018.)
Šance sú stále malé. V nasledujúcich modeloch toto zarovnanie skončilo úspechom asi za päť percent času. „Existencia slnečnej sústavy v súčasnej podobe nie je ani typická, ani predvídateľná,“poznamenal Nesvorny v roku 2012 v dokumente napísanom so svojim kolegom Alessandrom Morbidelli z observatória Francúzskej riviéry. Napriek tomu bol tento model výrazným zlepšením oproti 1% úspešnosti tých modelov, ktoré obsahovali iba štyri obrie planéty, ktoré dnes poznáme a milujeme.
„Za predpokladu, že piata planéta bude oveľa jednoduchšie vysvetliť, čo sa deje,“hovorí Sean Raymond, planetárny vedec z University of Bordeaux vo Francúzsku. A hoci dôkazy sú väčšinou nepriame, „je oveľa logickejšie predpokladať, že vtedy existovala aj piata planéta“.
Môže sa to javiť ako veľmi kontroverzný predpoklad. Ako môžu astronómovia vedieť niečo o tom, čo sa stalo pred štyrmi miliardami rokov, dokonca aj s planétami, ktoré teraz môžeme pozorovať, nieto o tých, o ktorých nevieme nič? Ukazuje sa však, že planéty zanechali veľa bojových jaziev mládeže ako dôkaz pre detektívov budúcnosti.
Medziplanetárny rozstrekovač krvi
„Sme si viac istí, že planéty nevznikli tam, kde sú dnes,“povedal Nathan Keib, planetárny vedec na univerzite v Oklahome v Normane.
K tejto realizácii však došlo celkom nedávno. Astrológovia po väčšinu histórie nepochybovali o tom, že planéty boli vždy na svojich súčasných obežných dráhach. Ale na začiatku 90. rokov si vedci uvedomili, že v takomto modeli niečo chýba.
Neptún a Triton.
Hneď za obežnou dráhou Neptúnu leží Kuiperov pás, rozptyl ľadových zvyškov, ktoré obopínajú slnko. „Toto je náš krvný šplouch na stene,“hovorí Konstantin Batygin, planetárny vedec v Kalifornskom technologickom inštitúte.
Umiestnenie predmetov z Kuiperovho pásu viedlo vedcov k nevyhnutnému záveru: Neptún sa mal utvoriť oveľa bližšie k Slnku, ako naznačuje jeho súčasné umiestnenie. Mnoho objektov Kuiperovho pásu sa zhlukuje do sústredných dráh, ktoré sa vágne podobajú drážkam na hudobnom zázname. Tieto obežné dráhy sú sotva náhodné - priamo súvisia s Neptúnom.
Napríklad Pluto je najslávnejším obyvateľom pása Kuiper. On a pár stoviek jeho spolucestujúcich, ktorých poznáme, uskutočňujú okolo Slnka presne dve revolúcie v troch, ktoré Neptún robí v tom istom období. Iné prúdy trosiek v opasku robia jednu úplnú revolúciu pre každé dva, ktoré Neptún dokončí - alebo skôr štyri pre každých sedem.
Kuiperov pás nemohol byť takto vyrobený bez vonkajšieho vplyvu. Ak však predpokladáme, že Neptún vstal bližšie k Slnku a potom sa posunul smerom von, jeho gravitačná sila by bola dosť silná na to, aby zachytila medziplanetárne úlomky vo svojich sieťach a poslala ich na tieto neobvyklé obežné dráhy.
Tento model ukazuje, ako sa môže v priebehu času meniť blízke usporiadanie vonkajších planét (obrázok vľavo). Obežné dráhy Jupitera a Saturn sa zbiehajú (stredový obraz), čo vedie k zmene všetkých ostatných obežných dráh. Konkrétne v tomto modeli sú Urán a Neptún zamieňané. O nejaký čas neskôr (obrázok napravo) sú rozptýlené vesmírne trosky - niektoré z nich sa usadzujú v Kuiperovom páse, zatiaľ čo planéty sa začínajú pohybovať smerom k svojim súčasným obehom. (Zdroj: upravené z Astromark / Wikimedia Commons.)
Toto sa časovo zhodovalo s predpoveďami niektorých modelov, ktoré sa získali o desať rokov skôr.
Tvorba planét nechala za sebou chaos rozptýlený po celej slnečnej sústave. Akékoľvek fragmenty, ktoré sa dostali príliš blízko k Neptúnu, by nevyhnutne spadali pod vplyv jeho gravitácie. Pretože po každej akcii nasleduje rovnaká opozičná sila, zakaždým, keď Neptún tlačil črep, sám sa pohyboval opačným smerom. Neptún sa pomaly, ale iste, plazil od slnka.
Proces migrácie Neptúna sa vzťahuje aj na ďalšie veľké planéty. Koneckonců, Jupiter, Saturn a Urán sa prešli cez rovnaké pole odpadu a zaoberali sa podobnými gravitačnými interakciami. A ak sa Neptún presťahoval na nové miesto, malo sa to isté stať so všetkými ostatnými obrovskými planétami.
A tento proces zjavne nebol plynulý.
Neustále zrážky so všetkými týmito troskami mali zmeniť obežné dráhy obrovských planét na dokonalé, štíhle kruhy - rovnako ako hlina na hrnčiarskom kruhu je vyhladená pevnou rukou hrnčiara. Ukázalo sa však, že obežné dráhy boli dosť odlišné. Namiesto toho sa obrovské planéty pohybujú v mierne predĺžených a zdeformovaných dráhach. Akoby niekto narazil na volant, pretvoril jednorázové hrnce.
Skok z Jupitera
Do roku 2005 vedci identifikovali vinníka. Nové modely naznačujú, že obří planéty v určitom okamihu prešli tým, čo vedci nazývajú „dynamická nestabilita“. Inými slovami, asi milión rokov sa všetko zmenilo na šialený víchrica. Najpravdepodobnejším dôvodom tohto javu bola séria zrážok medzi Saturnom a Uránom alebo Neptúnom - jedným z ľadových gigantov, ktorý jedného z nich poslal priamo k Jupiteru. Hneď ako sa stratená planéta priblížila, jej gravitácia vytiahla Jupitera, spomalila ho a tlačila na užšiu obežnú dráhu. Jupiter však votreleckú planétu nezmenil. Ľadový obor, ktorý bol oveľa ľahší, zrýchlil oveľa viac, ako Jupiter spomalil a zamieril preč od slnka.
Taký incident by bol gravitačným pogromom pre slnečnú sústavu. Jupiter vyskočil hlbšie dovnútra, zatiaľ čo zvyšok vonkajších planét vyskočil von. Takýto tlak by obtočil obežné dráhy obrovských planét do ich súčasného stavu. Okrem toho by to zachránilo vnútornú slnečnú sústavu - ortuť, Venuši, Zem, Mars a asteroidový pás - pred gravitáciou z Jupitera aj zo Saturn, čo bol ďalší problém v prvých modeloch.
Čo nás privádza k odstráneniu Uránu alebo Neptúna zo systému. Práve v tejto fáze simulácie Jupiter najčastejšie odhadzuje jedného z ľadových gigantov.
To je ten problém, ktorý sa Nesvorny snažil vyriešiť bez toho, aby prerušil všetko ostatné v simuláciách, ktoré fungovali. Ľadový gigant navyše odbremení Jupitera, ktorý dáva zvyšku scenára možnosť rozvinúť sa bez prekážok.
„Je to celkom pravdepodobné,“hovorí Batygin. "Nie je vôbec pravda, že vždy existovali presne dva ľadové giganty namiesto troch." Naopak, podľa niektorých výpočtov sa počíta s pôvodnou existenciou až piatich planét podobných Neptúnom.
Batygin a jeho kolegovia skúmali túto záležitosť súbežne s Nesvorni, aj keď z rôznych dôvodov. "Chcel som demonštrovať, že nemôže existovať žiadna ďalšia obrovská planéta," hovorí Nesvorni.
Veľká červená škvrna od Jupitera. Fotografia zhotovená spoločnosťou Voyager 1.
Zdôvodnil, že na svojej ceste zo slnečnej sústavy musí táto domnelá planéta zanechať stopu tu a tam v pásme Kuiper, v oblasti známej ako „studený klasický pás“. Keby bol pás Kuiper koblihou, Batygin pokračuje, studený klasický pás by sa stal jeho čokoládovou náplňou - zhluk predmetov, ktorých obežné dráhy sú umiestnené prakticky v tej istej rovine v rámci pása Kuiper. Planéta, ktorá prešla okolo, mala tieto obežné dráhy prerušiť - prinajmenšom preto Batygin a jeho kolegovia verili.
Ich počítačové modely ukázali, že sa nič také nestalo. K ich prekvapeniu by vyhnaná planéta nezničila studený klasický pás na svojej ceste von. To nepreukazuje existenciu planéty - získaný výsledok iba naznačuje, že slnečná sústava môže existovať v súčasnej podobe, bez nej aj bez nej. Mohla táto planéta zanechať jasnejšiu stopu? Alebo sa po návrate k analógii v mieste činu vyskytujú nejaké stopy po šmyku? Nesvorni si myslí, že také stopy by mohli dobre zostať.
Jadro pravdy
Je tu ďalšia časť Kuiperovho pásu - úzky prúd ľadovej trosky nazývaný jadro, ktorého obežné dráhy nezodpovedajú súčasnej polohe Neptúna. Jeho pôvod je záhadou. V roku 2015 Nesvorni tvrdil, že dôvodom všetkého by mohol byť pohyb Neptúna zo Slnka vyvolaný minulou planétou.
Keď sa Neptún presunul na svoju poslednú obežnú dráhu a prehnal trosky na obežné dráhy, ktoré sú v súlade s jej vlastnými, v určitom okamihu mohlo byť vystavené takému množstvu, ktoré uvoľnilo dostatok tohto trosky, aby vytvoril svoj vlastný prúd.
Modely ukázali, že rovnaký gravitačný vplyv, ktorý by mohol spôsobiť, že by Jupiter skočil z obežnej dráhy na obežnú dráhu a vytlačil ďalšiu planétu zo slnečnej sústavy, by sa mohol stať v pravý čas aj na vytlačenie Neptúna.
„Výsledok je niečo ako jadro,“hovorí Nesvorni. „Toto sú nepriame dôkazy … nie sú presvedčivé.“
Po pravde povedané, nikdy nebudeme vedieť s istotou, čo sa stalo v slnečnej sústave počas jej formovania. „Nemôžeme napísať Bibliu slnečnej sústavy,“hovorí Batygin. „O týchto udalostiach môžeme hovoriť iba veľmi všeobecne.“
Ak je jeden z obyvateľov slnečnej sústavy skutočne vylúčený z jeho hraníc, je v dobrej spoločnosti. V posledných rokoch astronómovia našli medzi hviezdami niekoľko nečestných planét, ktoré boli pravdepodobne tiež vyhodené zo svojich domovov. Výsledky tohto objavu sa premietajú do zvyšku galaxie: „Existuje oveľa viac voľne lietajúcich planét veľkosti Jupiteru ako hviezd,“hovorí Nesvorni.
Môže to byť prehnané - podľa posledných odhadov existuje iba jedna planéta podobná Jupiteru pre každé štyri hviezdy - stále je to však miliarda roamingových svetov. A to sú iba tie, ktoré majú porovnateľnú veľkosť ako Jupiter. Naše vyvrhnutie bolo pravdepodobne menšie - asi o veľkosti Neptúna; a nevieme, koľko takýchto telies putuje po galaxii. Ale vieme, že vesmír má sklon uprednostňovať malé telá ako veľké.
„Stavím sa, že ich je veľa,“hovorí Nesvorni. Astronómovia okrem iného objavili v Mliečnej dráhe tisíce hviezdnych systémov a mnohé z nich vykazujú známky kolízií v oveľa väčšej miere, ako je uvedená vyššie. „Je úžasné,“hovorí Nesvorni, „ako správne zostala slnečná sústava.“
Christopher Crockett