Vědci pokračují ve studiu sluneční soustavy a vypadá to velmi zajímavě. Například moderní planetární oběžné dráhy obsahují stopy, které odhalují drsné podmínky původu sluneční soustavy - a možná i existenci mezihvězdného obra, který se dávno ztratil. Naše sluneční soustava je jako místo činu, ke kterému došlo před 4,6 miliardami let.
Moderní oběžná dráha skrývá stopy, které odhalují drsné podmínky původu sluneční soustavy - a možná i existenci mezihvězdného obra, který se dávno ztratil.
Naše sluneční soustava je jako místo činu, ke kterému došlo před 4,6 miliardami let.
Povrchy pokryté krátery, přemístěnými planetárními drahami a mraky meziplanetárních zbytků jsou kosmickými analogy krve stříkajícími na zdi a smykovými značkami automobilu opouštějícím pronásledování. Tato a další vodítka vypovídají o chaotickém původu naší planetární rodiny.
Mezi těmito stopami se skrývají stopy o ztraceném sourozenci, planeta 9 (ne, ne Pluto), vyhozená do gravitačního tahu války, který doprovázel původní formaci sluneční soustavy.
Na periferii sluneční soustavy dnes dominují čtyři obrovské planety: Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. Za nimi je Kuiperův pás - pole ledových střepů, mezi nimiž se nachází Pluto.
"Nemyslete si, že periferie sluneční soustavy byla vždy stejná jako nyní," říká David Nesvorny, planetární vědec z Jihozápadního výzkumného ústavu v Boulderu v Coloradu, který se poprvé vyslovil pro existenci uprchlé planety v roce 2011. rok.
Nesvorni je členem skupiny vědců, kteří se snaží zjistit, jak se sluneční soustava vyvinula v prvních několika stovkách milionů let její existence. Pomocí sofistikovaných počítačových modelů sestavili vědci chronologii kolizí mezi novorozeneckými planetami, které vznikaly relativně blízko u sebe - střídavě klouzali a skočili z jedné orbity na druhou. Tyto modely odhalily mnoho malých detailů o tom, jak se planety, asteroidy a komety dnes rotují kolem Slunce.
Propagační video:
Byl tam jen jeden problém. Simulované scénáře obvykle skončily tím, že Uran nebo Neptun byli vyhnáni ze sluneční soustavy, jak Nesvorni napsal v září ve Výroční zprávě o astronomii a astrofyzice.
Protože ve skutečnosti Uran a Neptun zůstávají na svých místech - kosmická loď obě navštívila - něco v těchto scénářích nefungovalo. Jak však mnozí vědci předpokládají, klíčovým hráčem v tomto tajemství a chybějícím spojením v historii sluneční soustavy může být i pátá obří planeta.
Ztracená planeta
Astronomové se při vytváření těchto starých scén spoléhají na počítačové modely a vytvářejí tisíce různých solárních systémů tisíci různými způsoby. Převádějí zákony fyziky a jakékoli počáteční planetární pozice, na které si vzpomenou, do programového kódu. Výzkumník nastaví parametry - jedna planeta zde, banda asteroidů tam - a pak se opře ve své židli a nechá simulované prostředí, aby pro něj vykonalo veškerou práci. Po několika týdnech v reálném čase - miliony let v modelu - astronom sleduje výsledky, aby zjistil, co se stalo se sluneční soustavou. Čím blíže je realitě, tím úspěšnější je model.
To udělal Nesvorni v roce 2009. Ponořil se do virtuálních solárních systémů ve snaze zachránit virtuální Uran a virtuální Neptun z jejich virtuálních cest v hlubokém vesmíru.
Problémem byla Jupiter, obří chuligánská planeta, jejíž gravitace může dosáhnout dost daleko, aby ji mohly tlačit menší planety a různé trosky. V dosud nejúspěšnější simulaci se Jupiter a jedna ze dvou vnějších planet odrazily a nakonec se usadily na svých současných drahách. Stalo se to však pouze u jednoho procenta všech modelů. Ve zbývajících 99% případů hodil Jupiter Uran nebo Neptun tak tvrdě, že opustili sluneční soustavu a nikdy se k ní nevrátili.
"Situace byla velmi tajemná, protože jsme věděli, že Uran a Neptun nadále existují ve své současné podobě," říká Nesvorni. Takže pokračoval v experimentování. Po roce simulace nesčetných různých scénářů začal přemýšlet o přidání planet mučedníků - další planety obětované, aby zachránily zbytek.
"Právě jsem simuloval jejich existenci, abych viděl, co se stalo, a ne proto, že jsem myslel samotný nápad vážně," říká Nesvorni. "Ale pak jsem si uvědomil, že v tom může být rozumné zrno." Běžel asi 10 000 scénářů a měnil počet dalších planet, jejich původní umístění a hmotnost každé z nich.
Nejlepší možností, která nejpřesněji předpovídala současný stav naší sluneční soustavy, se ukázala být ta, ve které byla další planeta umístěna mezi původními orbity Saturn a Uran. Z hlediska hmotnosti byla planeta přibližně stejná jako Uran a Neptun a byla téměř 16krát větší než Země. Je to taková planeta, která by se mohla srazit s oběžnou dráhou Jupiteru a vyletět ze sluneční soustavy.
Graf ukazuje, jak se změnila vzdálenost mezi planetami a sluncem v průběhu času. Prvních několik milionů let v počítačovém modelu se oběžné dráhy změnily pomalu, poté došlo k úzkému kontaktu mezi Saturnem (zelená) a extra planetou (fialová), což vedlo k destabilizaci orbit. Tečkované čáry označují aktuální velikosti orbit. (Zdroj: převzato z materiálů D. Nesvorného / sekce astronomie a astrofyziky časopisu Knowable, 2018.)
Šance jsou stále malé. U následujících modelů toto sladění skončilo úspěchem asi za pět procent času. „Existence sluneční soustavy v její současné podobě není ani typická, ani předvídatelná,“poznamenal Nesvorny v roce 2012 v příspěvku, který napsal spolu se svým kolegou Alessandrem Morbidelli z observatoře Francouzské riviéry. Navzdory tomu byl tento model významným zlepšením oproti 1% úspěšnosti u těch modelů, které zahrnovaly pouze čtyři obří planety, které známe a milujeme dnes.
"Za předpokladu, že pátá planeta bude mnohem snazší vysvětlit, co se děje," říká Sean Raymond, planetární vědec na univerzitě v Bordeaux ve Francii. A ačkoli je důkaz většinou nepřímý, „je mnohem logičtější předpokládat, že tehdy existovala také pátá planeta.“
Může to vypadat jako velmi kontroverzní předpoklad. Jak mohou astronomové vědět něco o tom, co se stalo před čtyřmi miliardami let, dokonce i s planetami, které nyní můžeme pozorovat, natož ty, o nichž nic nevíme? Ukazuje se však, že planety zanechaly mnoho bojových jizev mládí jako důkaz pro detektivy budoucnosti.
Meziplanetární rozstřik krve
"Jsme si více než jistí, že planety nevznikly tam, kde jsou dnes," řekl Nathan Keib, planetární vědec na University of Oklahoma v Normanu.
K této realizaci však došlo zcela nedávno. Po většinu historie astrologové nepochybovali o tom, že planety byly vždy na svých současných drahách. Ale na začátku 90. let si vědci uvědomili, že v takovém modelu něco chybí.
Neptun a Triton.
Těsně za oběžnou dráhou Neptunu leží Kuiperův pás, rozptyl ledových zbytků obklopujících slunce. "Toto je náš krevní drmolit na zdi," říká Konstantin Batygin, planetární vědec na Kalifornském technologickém institutu.
Umístění objektů Kuiperova pásu vedlo vědce k nevyhnutelnému závěru: Neptun by se měl utvořit mnohem blíže ke Slunci, než jak naznačuje současná poloha. Mnoho objektů Kuiperova pásu se shlukuje do soustředných drah, které se vágně podobají drážkám na hudebním záznamu. Tyto orbity jsou sotva náhodné - přímo souvisí s Neptunem.
Například Pluto je nejznámějším obyvatelem Kuiperova pásu. On a pár stovek jeho spolucestujících, o kterých víme, dělají přesně dvě revoluce kolem Slunce ve třech, které Neptun během stejného období dělá. Jiné proudy úlomků v pásu dělají jednu úplnou revoluci pro každé dva, které Neptun dokončí - nebo spíše čtyři pro každých sedm.
Kuiperův pás nemohl být takto vyroben bez vnějšího vlivu. Pokud však předpokládáme, že Neptun vstal blíže ke Slunci a poté se posunul směrem ven, jeho gravitační síla by byla dostatečně silná, aby zachytila meziplanetární trosky ve svých sítích a poslala je na tyto neobvyklé oběžné dráhy.
Tento model ukazuje, jak se může blízké uspořádání vnějších planet (obrázek vlevo) měnit v průběhu času. Oběžné dráhy Jupiteru a Saturn se sbíhají (středový obraz), což vede ke změně všech ostatních oběžných drah. Konkrétně v tomto modelu jsou Uran a Neptun vyměněny. Po chvíli se (obrázek napravo) rozptýlí vesmírné trosky - část se usadí v Kuiperově pásu, zatímco planety se začnou pohybovat směrem k jejich současným drahám. (Zdroj: upraveno z Astromark / Wikimedia Commons.)
Toto se shodovalo s předpovědi některých modelů získaných o deset let dříve.
Tvoří planety, které zanechaly nepořádek trosek rozptýlených po celé sluneční soustavě. Jakékoli fragmenty, které se příliš přiblížily k Neptunu, by nevyhnutelně spadly pod vliv jeho gravitace. Protože po každé akci následovala stejná opoziční síla, pokaždé, když Neptun tlačil střepy, sám se pohyboval opačným směrem. Neptun se pomalu, ale jistě, plazil od slunce.
Proces migrace Neptunu platí také pro další obří planety. Koneckonců, Jupiter, Saturn a Uran se vydali skrz stejné pole trosky a zabývali se podobnými gravitačními interakcemi. A pokud se Neptun přestěhoval na nové místo, totéž se mělo stát se všemi ostatními obřími planetami.
A tento proces zjevně nebyl plynulý.
Neustálé srážky se všemi těmi troskami měly změnit oběžnou dráhu obřích planet na dokonalé, štíhlé kruhy - stejně jako jíl na hrnčířském kole je vyhlazen pevnou rukou hrnčíře. Oběžné dráhy se však ukázaly docela odlišné. Místo toho se obří planety pohybují v mírně protáhlých a zdeformovaných drahách. Jako by někdo zasáhl kolo, přetvořil kdysi kulaté hrnce.
Jupiter Leaping
Do roku 2005 vědci identifikovali viníka. Nové modely naznačovaly, že obří planety v určitém okamžiku procházely tím, co vědci nazývají „dynamická nestabilita“. Jinými slovy, asi milión let se všechno změnilo v bláznivou víru. Nejpravděpodobnějším důvodem pro to byla řada kolizí mezi Saturnem a Uranem nebo Neptun - to je jeden z ledových obrů - který poslal jednoho z nich přímo směrem k Jupiteru. Jakmile se ztracená planeta přiblížila, její gravitace přitáhla Jupitera, zpomalila ho a tlačila na užší orbitu. Jupiter však napadající planetu přitáhl o nic méně síly. Ledový gigant, mnohem lehčí, zrychlil mnohem více, než Jupiter zpomalil a zamířil pryč od slunce.
Takový incident by byl gravitačním pogromem pro sluneční soustavu. Jupiter vyskočil hlouběji dovnitř, zatímco ostatní vnější planety vyskočily ven. Takový tlak by ohnul oběžné dráhy obřích planet do jejich současného stavu. Kromě toho by to zachránilo vnitřní sluneční soustavu - Merkur, Venuši, Zemi, Mars a pás asteroidů - před gravitací od Jupitera i Saturn, což byl další problém v nejranějších modelech.
Což nás přivádí k odstranění Uranu nebo Neptunu ze systému. Právě v této fázi simulace Jupiter nejčastěji zahodí jednoho z ledových obrů.
To je právě problém, který se Nesvorny pokusil vyřešit, aniž by narušil všechno ostatní v simulacích, které fungovaly. Ledový gigant navíc odnesl nápor úderu od Jupitera a zbytek scénáře dal možnost neomezeně se rozvinout.
"To je docela pravděpodobné," říká Batygin. "To není vůbec pravda, že vždy existovaly přesně dva ledové obry místo tří." Naopak, podle některých výpočtů lze počítat s původní existencí až pěti Neptunových planet.
Batygin a jeho kolegové tento problém zkoumali souběžně s Nesvorni, i když z různých důvodů. "Chtěl jsem demonstrovat, že nemůže existovat žádná další obří planeta," říká Nesvorni.
Velká červená skvrna Jupitera. Fotografie pořízená Voyager 1.
Zdůvodnil, že na této cestě ze sluneční soustavy musí tato domnělá planeta zanechat stopu sem a tam v Kuiperově pásu, v oblasti známé jako „studený klasický pás“. Pokud by byl Kuiperův pás koblihou, Batygin pokračuje, studený klasický pás by se stal jeho čokoládovou náplní - shluk předmětů, jejichž oběžné dráhy jsou umístěny prakticky ve stejné rovině uvnitř Kuiperova pásu. Planeta kolem by měla tyto orbity narušit - alespoň tak Batygin a jeho kolegové věřili.
Jejich počítačové modely ukázaly, že se nic takového nestalo. K jejich překvapení by vyhnaná planeta nezničila studený klasický pás na cestě ven. To neprokazuje existenci planety - získaný výsledek pouze naznačuje, že sluneční soustava by mohla existovat ve své současné podobě, jak s ní, tak bez ní. Mohla tato planeta zanechat jasnější stopu? Nebo, vracející se k analogii místa činu, existují stopy po smyku? Nesvorni si myslí, že takové stopy by mohly dobře zůstat.
Jádro pravdy
Tam je další část Kuiper pásu - úzký proud ledové trosky volal jádro, jehož orbity neodpovídají aktuální poloze Neptunu. Jeho původ je záhadou. V roce 2015 Nesvorni argumentoval, že snad důvodem všeho by mohl být pohyb Neptunu od Slunce, vyvolaný minulou planetou.
Když Neptun přešel na svou poslední oběžnou dráhu a zametl úlomky na oběžné dráhy v souladu s jeho vlastními, v určitém okamžiku to mohlo být vystaveno, že uvolnilo dost těchto úlomků, aby vytvořily svůj vlastní proud.
Modely ukázaly, že ke stejnému gravitačnímu dopadu, který by mohl způsobit, že by Jupiter skočil z oběžné dráhy na oběžnou dráhu a vytlačil další planetu ze sluneční soustavy, se mohl stát ve správný čas, aby také vytlačil Neptun.
"Výsledek je něco jako jádro," říká Nesvorni. "To je nepřímý důkaz … není přesvědčivý."
Po pravdě nikdy nikdy nebudeme jistě vědět, co se stalo ve sluneční soustavě během jejího vzniku. "Nemůžeme psát Bibli sluneční soustavy," říká Batygin. "Můžeme mluvit o těchto událostech jen velmi obecně."
Je-li jeden ze obyvatel sluneční soustavy skutečně vyhnán ze svých hranic, je v dobré společnosti. V posledních letech astronomové našli několik nepoctivých planet, které se pohybovaly mezi hvězdami a které byly s největší pravděpodobností také vyhozeny ze svých domovů. Výsledky tohoto objevu se promítají do zbytku galaxie, „existuje mnohem více volně létajících planet o velikosti Jupiteru než hvězdy,“říká Nesvorni.
Může to být přehnané - podle posledních odhadů existuje pouze jedna planeta typu Jupiter pro každé čtyři hvězdy - ale stále jsou to miliardy roamingových světů. A to jsou pouze ty, které jsou srovnatelné co do velikosti s Jupiterem. Naše vyvržence byla pravděpodobně menší - o velikosti Neptunu; a nemáme tušení, kolik takových těl putuje galaxií. Víme však, že vesmír má sklon upřednostňovat malá těla než velká.
"Vsadím se, že jich je spousta," říká Nesvorni. Astronomové objevili mimo jiné tisíce hvězdných systémů v Mléčné dráze a mnoho z nich vykazuje známky kolizí v mnohem větším měřítku, než jaké bylo uvedeno výše. „Je úžasné,“říká Nesvorni, „jak správně sluneční soustava zůstala.“
Christopher Crockett