Новое исследование предполагает, что гигантская планета Юпитер кардинально изменила раннюю Солнечную систему. Работа указывает на то, что Юпитер создал кольца и промежутки, которые в конечном итоге объясняют одну из самых давних загадок в планетологии: почему многие примитивные метеориты образовались спустя миллионы лет после появления первых твёрдых тел.
«Без [Юпитера] у нас могла бы не быть Земли в том виде, в каком мы её знаем», — говорится в исследовании.
Исследование, объединившее гидродинамические модели роста Юпитера с симуляциями эволюции пыли и формирования планет, опубликовано в журнале Science Advances.
С помощью современных компьютерных симуляций планетологи Андре Изидоро и Байбхав Шривастава обнаружили, что быстрый ранний рост Юпитера дестабилизировал окружающий Солнце диск газа и пыли. Гравитация планеты вызвала рябь в диске новорождённой Солнечной системы, создав «космические пробки», которые не позволили мелким частицам спиралевидно упасть на Солнце. Вместо этого частицы собрались в плотные полосы, где они могли слипаться в планетезимали — каменистые семена планет.
Удивительный поворот заключается в том, что планетезимали, сформировавшиеся в этих полосах, не были первоначальными строительными блоками Солнечной системы. Вместо этого они представляют собой второе поколение, появившееся позже в истории системы. Их рождение совпадает с рождением многих хондритов — семейства каменных метеоритов, которые сохранили химические и хронологические подсказки из младенчества Солнечной системы.
«Хондриты — это как капсулы времени с зари Солнечной системы», — говорит Изидоро, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Райса.
«Они падали на Землю на протяжении миллиардов лет, где учёные собирают их и изучают, чтобы разгадать тайны нашего космического происхождения. Загадка всегда заключалась в том, почему некоторые из этих метеоритов образовались так поздно, через 2–3 миллиона лет после появления первых твёрдых тел? Наши результаты показывают, что Юпитер сам создал условия для их позднего рождения».
Хондриты особенно важны, поскольку это одни из самых примитивных материалов, доступных науке. В отличие от метеоритов из первого поколения строительных блоков, которые расплавились, дифференцировались и потеряли свой первоначальный характер, хондриты сохранили первозданную пыль Солнечной системы и крошечные расплавленные капли, называемые хондрами. Их позднее формирование озадачивало учёных десятилетиями.
«Наша модель связывает воедино две вещи, которые раньше не сочетались — изотопные отпечатки в метеоритах, которые бывают двух видов, и динамику формирования планет», — говорит Шривастава, аспирант, работающий в лаборатории Изидоро.
«Юпитер рано вырос, открыл промежуток в газовом диске, и этот процесс защитил разделение между материалом внутренней и внешней Солнечной системы, сохранив их отличительные изотопные сигнатуры. Это также создало новые регионы, где планетезимали могли сформироваться гораздо позже».
Исследование также помогает объяснить ещё одну загадку Солнечной системы: почему Земля, Венера и Марс сгруппированы примерно в 1 астрономическую единицу от Солнца, а не закручиваются внутрь, как это происходит во многих внесолнечных планетарных системах. Юпитер перекрыл поток газового материала во внутреннюю Солнечную систему, подавив миграцию молодых планет внутрь. Вместо того чтобы устремиться к Солнцу, эти растущие миры остались в ловушке в области земного типа, где в конечном итоге сформировались Земля и её соседи.
«Юпитер не просто стал самой большой планетой — он задал архитектуру всей внутренней Солнечной системы», — говорит Изидоро. «Без него у нас могла бы не быть Земли в том виде, в каком мы её знаем».
Выводы согласуются с поразительными структурами в виде колец и промежутков, которые астрономы наблюдают в молодых звёздных системах с помощью телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) — самой сложной астрономической обсерватории, когда-либо построенной на Земле и расположенной в северной части Чили.
«Глядя на эти молодые диски, мы видим начало формирования гигантских планет и изменения их среды обитания», — говорит Изидоро. «Наша собственная Солнечная система не была исключением. Ранний рост Юпитера оставил отпечаток, который мы всё ещё можем прочитать сегодня, запертый внутри метеоритов, падающих на Землю».
Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом (NSF), финансируемой NSF инфраструктурой Big-Data Private-Cloud Research Cyberinfrastructure и Центром вычислительных исследований Университета Райса.
Источник: Университет Райса
Статья «Юпитер, возможно, кардинально изменил облик нашей Солнечной системы» впервые опубликована на сайте Futurity.