Solsystemdannelse i to trin

Et internationalt team af forskere fra University of Oxford, LMU München, ETH Zürich, BGI Bayreuth, og universitetet i Zürich opdagede, at en to-trins dannelsesproces af det tidlige solsystem kan forklare kronologien og opdelingen i flygtige og isotopindhold i det indre og ydre solsystem.

Deres resultater vil blive offentliggjort i Videnskab .

Artiklen præsenterer en ny teoretisk ramme for dannelsen og strukturen af ​​solsystemet, der kan forklare flere nøgletræk ved de terrestriske planeter (såsom Jorden, Venus, og Mars), ydre solsystem (som Jupiter), og sammensætning af asteroider og meteoritfamilier. Holdets arbejde trækker på og forbinder de seneste fremskridt inden for astronomi (nemlig observationer af andre solsystemer under deres dannelse) og meteoritik - laboratorieeksperimenter og analyser af isotopen, jern, og vandindhold i meteoritter.

Den foreslåede kombination af astrofysiske og geofysiske fænomener under Solens tidligste dannelsesfase og selve solsystemet kan forklare, hvorfor planeterne i det indre solsystem er små og tørre med lidt vand i massevis, mens de ydre solsystemplaneter er større og våde med masser af vand. Det forklarer meteoritrekorden ved at danne planeter i to forskellige trin. De indre terrestriske protoplaneter samlede sig tidligt og blev internt opvarmet af stærkt radioaktivt henfald; dette tørrede dem ud og splittede det indre, tør udefra, våd planetarisk befolkning. Dette har flere implikationer for fordelingen og nødvendige dannelsesbetingelser for planeter som Jorden i ekstrasolare planetsystemer.

De numeriske eksperimenter udført af det tværfaglige team viste, at de relative kronologier af tidlig indtræden og langvarig afslutning af tilvækst i det indre solsystem, og en senere begyndelse og hurtigere tilvækst af de ydre solsystemplaneter kan forklares ved to forskellige dannelsesepoker af planetesimaler, planeternes byggesten. Nylige observationer af planetdannende skiver viste, at skives midtplaner, hvor planeter dannes, kan have relativt lave niveauer af turbulens. Under sådanne forhold kan vekselvirkningen mellem støvkornene, der er indlejret i skivegassen og vand omkring det orbitale sted, hvor det går fra gas- til isfase (snelinjen) udløse et tidligt dannelsesudbrud af planetesimaler i det indre solsystem og en anden senere og længere ude.

De to distinkte dannelsesepisoder af planetesimale populationer, som yderligere ophober materiale fra den omgivende skive og via gensidige kollisioner, resultere i forskellige geofysiske tilstande for intern evolution for de dannende protoplaneter. Dr. Tim Lichtenberg fra Department of Atmospheric, Oceanisk og planetarisk fysik ved University of Oxford og hovedforfatter af undersøgelsen bemærker:"De forskellige dannelsestidsintervaller for disse planetesimale populationer betyder, at deres interne varmemotor fra radioaktivt henfald adskilte sig væsentligt. Planetesimalerne i det indre solsystem blev meget varme, udviklede indre magmahave, hurtigt dannede jernkerner, og afgassede deres oprindelige flygtige indhold, hvilket til sidst resulterede i tørre planetsammensætninger. Sammenlignet med, ydre solsystems planetesimaler blev dannet senere og oplevede derfor væsentligt mindre intern opvarmning og derfor begrænset jernkernedannelse, og flygtig frigivelse.

"Det tidligt dannede og tørre indre solsystem og det senere dannede og våde ydre solsystem blev derfor sat på to forskellige evolutionære stier meget tidligt i deres historie. Dette åbner nye veje til at forstå oprindelsen af ​​de tidligste atmosfærer på Jorden- som planeter og solsystemets sted i sammenhæng med den exoplanetariske folketælling på tværs af galaksen."

Denne forskning blev støttet af finansiering fra Simons Collaboration on the Origins of Life, Swiss National Science Foundation, og Det Europæiske Forskningsråd.

Hele undersøgelsen, "Fordeling af planetariske byggesten under dannelse af solsystemet, " vil blive offentliggjort den 22. januar 2021 i Videnskab , 371, 6527.