Solsystemet fik den nuværende konfiguration ikke længe efter dets dannelse

Hypotesen om, at solsystemet stammer fra en gigantisk sky af gas og støv, blev først svævet i anden halvdel af det 18. århundrede af den tyske filosof Immanuel Kant og videreudviklet af den franske matematiker Pierre-Simon de Laplace. Det er nu en konsensus blandt astronomer. Takket være den enorme mængde observationsdata, teoretiske input og beregningsressourcer nu tilgængelige, den er løbende blevet forfinet, men dette er ikke en lineær proces.

Det er heller ikke uden kontroverser. Indtil for nylig, man mente, at solsystemet havde fået sine nuværende træk som et resultat af en turbulensperiode, der fandt sted omkring 700 millioner år efter dets dannelse. Imidlertid, noget af den seneste forskning tyder på, at det tog form i den fjernere fortid, på et tidspunkt i løbet af de første 100 millioner år.

En undersøgelse udført af tre brasilianske forskere tilbyder robuste beviser for denne tidligere strukturering. Rapporteret i en artikel offentliggjort i tidsskriftet Icarus , undersøgelsen blev støttet af São Paulo Research Foundation-FAPESP. Forfatterne er alle tilknyttet São Paulo State University's Engineering School (FEG-UNESP) i Guaratinguetá (Brasilien).

Hovedforfatteren er Rafael Ribeiro de Sousa. De to andre forfattere er André Izidoro Ferreira da Costa og Ernesto Vieira Neto, hovedefterforsker for undersøgelsen.

"Den store mængde data opnået fra detaljeret observation af solsystemet gør os i stand til med præcision at definere banerne for de mange kroppe, der kredser om solen, " sagde Ribeiro. "Denne orbitale struktur gør os i stand til at skrive historien om dannelsen af ​​solsystemet. Opstår fra gas- og støvskyen, der omgav solen for omkring 4,6 milliarder år siden, de gigantiske planeter dannet i kredsløb tættere på hinanden og også tættere på solen. Banerne var også mere koplanære og mere cirkulære, end de er nu, og mere indbyrdes forbundet i resonansdynamiske systemer. Disse stabile systemer er det mest sandsynlige resultat af gravitationsdynamikken ved planetdannelse fra gasformige protoplanetariske skiver."

Izidoro tilbød flere detaljer:"De fire gigantiske planeter - Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun - dukkede op fra gas- og støvskyen i mere kompakte baner, " sagde han. "Deres bevægelser var stærkt synkrone på grund af resonanskæder, med Jupiter, der gennemførte tre omdrejninger omkring solen, mens Saturn gennemførte to. Alle planeterne var involveret i denne synkronicitet frembragt af dynamikken i den oprindelige gasskive og planeternes gravitationsdynamik."

Imidlertid, i hele det ydre solsystems dannelsesområde, som omfatter den zone, der ligger uden for Uranus og Neptuns nuværende baner, solsystemet havde en stor befolkning af planetesimaler, små stykker af sten og is betragtes som byggestenene til planeter og forløbere for asteroider, kometer og satellitter.

Den ydre planetesimale skive begyndte at forstyrre systemets gravitationsbalance. Resonanserne blev forstyrret efter gasfasen, og systemet gik ind i en periode med kaos, hvor de gigantiske planeter interagerede voldsomt og skød stof ud i rummet.

"Pluto og dens iskolde naboer blev skubbet ind i Kuiperbæltet, hvor de er nu, og hele gruppen af ​​planeter migrerede til kredsløb længere væk fra solen, " sagde Ribeiro.

Kuiper bæltet, hvis eksistens blev foreslået i 1951 af den hollandske astronom Gerard Kuiper og senere bekræftet af astronomiske observationer, er en ringformet (doughnut-formet) struktur, der består af tusindvis af små kroppe, der kredser om solen.

Mangfoldigheden af ​​deres baner ses ikke i nogen anden del af solsystemet. Kuiperbæltets indre kant begynder ved Neptuns kredsløb omkring 30 astronomiske enheder (AU'er) fra solen. Yderkanten er omkring 50 AUs fra solen. En AU er omtrent lig med den gennemsnitlige afstand fra Jorden til solen.

Vende tilbage til forstyrrelsen af ​​synkronicitet og begyndelsen af ​​det kaotiske stadie, Spørgsmålet er, hvornår dette skete - meget tidligt i solsystemets liv, da den var 100 millioner år gammel eller mindre, eller meget senere, sandsynligvis omkring 700 millioner år efter at planeterne blev dannet?

"Indtil for nylig, den sene ustabilitetshypotese dominerede, " sagde Ribeiro. "Datering af måneklipperne bragt tilbage af Apollo-astronauterne antydede, at de var skabt af asteroider og kometer, der styrtede ind i månens overflade på samme tid. Denne katastrofe er kendt som "det sene tunge bombardement" af månen. Hvis det skete på månen, det skete formodentlig også på Jorden og solsystemets andre jordiske planeter. Fordi en stor mængde stof i form af asteroider og kometer blev projiceret i alle retninger i solsystemet i perioden med planetarisk ustabilitet, det blev udledt af måneklipperne, at denne kaotiske periode indtraf sent, men i de senere år, ideen om et "sent bombardement" af månen er faldet i unåde.

Ifølge Ribeiro, hvis den sene kaotiske katastrofe havde fundet sted, det ville have ødelagt Jorden og de andre jordiske planeter, eller i det mindste forårsaget forstyrrelser, der ville have placeret dem i helt andre baner end dem, vi observerer nu.

Desuden, måneklipperne bragt tilbage af Apollo-astronauterne viste sig at være produceret ved et enkelt nedslag. Hvis de var opstået i sen gigantplanetens ustabilitet, der ville være tegn på flere påvirkninger, givet spredningen af ​​planetesimalerne af de gigantiske planeter.

"Udgangspunktet for vores undersøgelse var ideen om, at ustabiliteten skulle dateres dynamisk. Ustabiliteten kan først være sket senere, hvis der var relativt stor afstand mellem inderkanten af ​​skiven af ​​planetesimaler og Neptuns bane, da gassen var udtømt. Denne relativt store afstand viste sig at være uholdbar i vores simulering, " sagde Ribeiro.

Argumentet er baseret på en simpel præmis:Jo kortere afstanden er mellem Neptun og planetesimalskiven, jo større gravitationspåvirkning, og derfor jo tidligere perioden med ustabilitet er. Omvendt senere ustabilitet kræver en større afstand.

"Det, vi gjorde, var at skulpturere den oprindelige planetesimale skive for første gang. For at gøre det, vi skulle tilbage til dannelsen af ​​isgiganterne Uranus og Neptun. Computersimuleringer baseret på en model konstrueret af professor Izidoro [Ferreira da Costa] i 2015 viste, at dannelsen af ​​Uranus og Neptun kan være opstået i planetariske embryoner med flere jordmasser. Massive kollisioner af disse super-jorde ville forklare, for eksempel, hvorfor Uranus snurrer på siden, " sagde Ribeiro, med henvisning til Uranus "hældning, " med nord- og sydpoler placeret på siderne i stedet for top og bund.

Tidligere undersøgelser havde peget på vigtigheden af ​​afstanden mellem Neptuns bane og den indre grænse af planetesimalskiven, men de brugte en model, hvori de fire gigantiske planeter allerede var dannet.

"Det nye ved denne seneste undersøgelse er, at modellen ikke begynder med fuldstændigt dannede planeter. I stedet, Uranus og Neptun er stadig i vækststadiet, og vækstdriveren er to eller tre kollisioner, der involverer objekter med op til fem jordmasser, " sagde Izidoro.

"Forestil dig en situation, hvor Jupiter og Saturn dannes, men vi har fem til 10 superjorder i stedet for Uranus og Neptun. Superjorden tvinges af gassen til at synkronisere med Jupiter og Saturn, men er talrige, deres synkronicitet svinger, og de ender med at støde sammen. Kollisionerne reducerer deres antal, gør synkronicitet mulig. Til sidst, Uranus og Neptun er tilbage. Mens de to isgiganter dannedes i gassen, planetesimalskiven blev forbrugt. En del af sagen blev tilskrevet Uranus og Neptun, og en del blev drevet til udkanten af ​​solsystemet. Væksten af ​​Uranus og Neptun definerede derfor positionen for den indre grænse af planetesimalskiven. Det, der var tilbage af skiven, er nu Kuiperbæltet. Kuiperbæltet er dybest set et levn fra den oprindelige planetesimale skive, som engang var langt mere massiv."

Den foreslåede model er i overensstemmelse med de gigantiske planeters nuværende kredsløb og med den struktur, der observeres i Kuiperbæltet. Det er også i overensstemmelse med trojanernes bevægelse, en stor gruppe af asteroider, der deler Jupiters bane og formodentlig blev fanget under forstyrrelsen af ​​synkroniciteten.

Ifølge et papir udgivet af Izidoro i 2017, Jupiter og Saturn var stadig under dannelse, med deres vækst, der bidrager til forskydning af asteroidebæltet. Det seneste papir er en slags fortsættelse, startende fra et stadium, hvor Jupiter og Saturn var fuldt dannet, men stadig synkroniseret, og beskriver solsystemets udvikling derfra.

"Gravitationsinteraktion mellem de gigantiske planeter og planetesimalskiven gav forstyrrelser i gasskiven, der spredte sig i form af bølger. Bølgerne producerede kompakte og synkrone planetsystemer. Da gassen slap op, interaktion mellem planeterne og planetesimalskiven forstyrrede synkroniteten og gav anledning til den kaotiske fase. Tager man alt dette i betragtning, vi opdagede, at betingelserne simpelthen ikke eksisterede for, at afstanden mellem Neptuns bane og den indre grænse af planetesimalskiven blev stor nok til at opretholde den sene ustabilitetshypotese. Dette er hovedbidraget fra vores undersøgelse, som viser, at ustabiliteten opstod i de første 100 millioner år, og kan være sket, for eksempel, før dannelsen af ​​jorden og månen, " sagde Ribeiro.