Forskning giver fingerpeg om tidspunktet for Jupiters dannelse

En ejendommelig klasse af meteoritter har tilbudt forskerne nye spor om, hvornår planeten Jupiter tog form og vandrede gennem solsystemet.

Forskere har teoretiseret i årevis nu, at Jupiter sandsynligvis ikke altid var i sin nuværende bane, som er omkring fem astronomiske enheder fra solen (Jordens afstand fra solen er en astronomisk enhed). En bevislinje, der tyder på en joviansk migration, handler om Mars størrelse. Mars er meget mindre end planetariske tilvækstmodeller forudsiger. En forklaring på det er, at Jupiter engang kredsede meget tættere på solen, end den gør nu. I det tidsrum, det ville have fejet meget af det materiale, der er nødvendigt for at skabe supersized Mars.

Men mens de fleste videnskabsmænd er enige om, at gigantiske planeter migrerer, tidspunktet for Jupiters dannelse og migration har været et mysterium. Det er her meteoritterne kommer ind.

Meteoritter kendt som CB-kondritter blev dannet som objekter i det tidlige solsystem - højst sandsynligt i det nuværende asteroidebælte - slog ind i hinanden med en utrolig hastighed. Denne nye undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , brugte computersimuleringer til at vise, at Jupiters enorme tyngdekraft ville have givet de rigtige betingelser for, at disse hypervelocity -påvirkninger kan forekomme. Det tyder igen på, at Jupiter var tæt på sin nuværende størrelse og sad et sted i nærheden af ​​asteroidebæltet, da CB-kondrulerne blev dannet, hvilket var omkring 5 millioner år efter dannelsen af ​​de første solsystemfaststoffer.

"Vi viser, at Jupiter ville have rystet asteroide bæltet nok til at producere de kraftige hastigheder, der er nødvendige for at danne disse CB-chondritter, " sagde Brandon Johnson, en planetarisk videnskabsmand ved Brown University, der ledede forskningen. "Disse meteoritter repræsenterer første gang, solsystemet mærkede Jupiters fantastiske kraft."

Mærkelige strukturer

Chondrites er en klasse af meteoritter, der består af chondrules, små kugler af tidligere smeltet materiale, og er blandt de mest almindelige meteoritter fundet på Jorden. CB-kondriterne er en relativt sjælden undertype, der længe har fascineret meteoritikere.

Noget af det, der gør CB-kondritterne så interessante, er, at deres kondruler alle dateres tilbage til et meget snævert tidsvindue i det tidlige solsystem. "Khondrulerne i andre meteoritter giver os en række forskellige aldre, " sagde Johnson. "Men dem i CB-kondriterne daterer sig alle tilbage til denne korte periode 5 millioner år efter de første faststoffer i solsystemet."

Men til Johnson, der studerer påvirkningsdynamik, der er noget andet interessant ved CB-kondriter:De indeholder metalliske korn, der ser ud til at være blevet kondenseret direkte fra fordampet jern.

"Fordampning af jern kræver virkninger med høj hastighed, " sagde Johnson. "Du skal have en anslagshastighed på omkring 20 kilometer i sekundet for overhovedet at begynde at fordampe jern, men traditionelle computermodeller af det tidlige solsystem producerer kun slaghastigheder på omkring 12 kilometer i sekundet på det tidspunkt, hvor CB -kondritterne blev dannet. "

Så Johnson arbejdede sammen med Kevin Walsh fra Southwest Research Institute i Boulder, Colorado, at generere nye computermodeller af den chondrule-dannende periode - modeller, der inkluderer tilstedeværelsen af ​​Jupiter nær den nuværende position af asteroidebæltet.

Gravity boost

Store planeter genererer masser af tyngdekraft, som kan slynge genstande i nærheden med høj hastighed. NASA drager ofte fordel af denne dynamik, svingende rumfartøjer rundt om planeter for at generere hastighed.

Walsh og Johnson inkluderede i deres simuleringer et scenarie for Jupiters dannelse og migration, der anses for sandsynligt af mange planetariske videnskabsmænd. Scenariet, kendt som Grand Tack (et udtryk taget fra sejlads), tyder på, at Jupiter er dannet et sted i det ydre solsystem. Men da det skabte sin tykke atmosfære, det ændrede massefordelingen i den gasfyldte soltåge, der omgiver den. Denne ændring i massetæthed fik planeten til at migrere, bevæger sig indad mod solen til omtrent hvor asteroidebæltet er i dag. Senere, dannelsen af ​​Saturn skabte en gravitationsbugs, der trak begge planeter tilbage til, hvor de er i dag.

"Når vi inkluderer Grand Tack i vores model på det tidspunkt, hvor CB-kondriterne dannedes, vi får en enorm stigning i slaghastighederne i asteroidebæltet, "Walsh sagde." Hastighederne genereret i vores modeller er let hurtige nok til at forklare det fordampede jern i CB -chondritter. "

The most extreme collision in the model was an object with a 90-kilometer diameter slamming into a 300-kilometer body at a speed of around 33 kilometers per second. Such a collision would have vaporized 30 to 60 percent of the larger body's iron core, providing ample material for CB chondrites.

The models also show that the increase in impact velocities would have been short-lived, lasting only about 500, 000 years or so (a blink of an eye on the cosmic timescale). That short timescale allowed the researchers to conclude that Jupiter formed and migrated at roughly the same time the CB chondrites formed.

The researchers say that while the study is strong evidence for the Grand Tack migration scenario, it doesn't necessarily preclude other migration scenarios. "It's possible that Jupiter formed closer to the sun and then migrated outward, rather than the in then out migration of the Grand Tack, " Johnson said.

Whatever the scenario, the study provides strong constraints on the timing of Jupiter's presence in the inner solar system.

"In retrospect, it seems obvious that you would need something like Jupiter to stir the asteroid belt up this much, " Johnson said. "We just needed to create these models and calculate the impact speeds to connect the dots."