Skubbede Jupiter Venus ind i et løbsk drivhus?

Venus har fået meget opmærksomhed på det seneste, dog primært i det videnskabelige samfund, da den sidste Hollywood-film om planeten blev udgivet i 1960'erne. Dette skyldes til dels dens dramatiske forskel fra Jorden, og hvad den forskel kan betyde for studiet af exoplaneter. Hvis vi bedre kan forstå, hvad der skete under Venus' dannelse for at gøre det til det helvedeslandskab, det er i dag, vi kan måske bedre forstå, hvad der virkelig udgør den beboelige zone omkring andre stjerner.

Talrige planetariske videnskabsmænd har fokuseret på Venus' dannelse og atmosfæriske udvikling i den seneste tid. Nu, et nyt papir hævder, at Venus kunne have haft flydende vand på overfladen så sent som for 1 milliard år siden. Og en bidragyder til forsvinden af ​​det vand kan være en usandsynlig synder:Jupiter.

Der er tråde af beviser på, at Jupiter faktisk migrerede til sin nuværende bane fra det indre solsystem. Teorier som Grand Tack-teorien eller Nice-modellen viser potentielle veje til denne migration. Hvad Dr. Stephen Kane, en planetarisk videnskabsmand ved UC Riverside, og hans medforfattere var interesserede i, hvilken effekt denne migration kunne have haft på Venus.

Derfor, de simulerede hundredtusindvis af migrationsveje for Jupiter under dannelsen af ​​det tidlige solsystem. Der var masser af simulationsscenarier, hvor Venus eller en af ​​de andre jordiske planeter blev slynget ud af solsystemet, og disse kørsler blev kasseret. Imidlertid, der var også adskillige scenarier, hvor Venus kredsløb blev alvorligt påvirket. Et mål for en bane kaldes excentricitet, hvilket i bund og grund er, hvor elliptisk en bane er. Nogle af Jupiters migrationsmodeller fik Venus til at have en excentricitet 44 gange større end dens faktiske kredsløb.

Det er vigtigt, fordi Venus i øjeblikket har en ekstrem cirkulær bane med lav excentricitet. Hvis modellerne for Jupiters migration gennem det tidlige solsystem fik Venus til at have en høj excentricitet, hvor blev den excentricitet af?

Det mest spændende svar på det spørgsmål er, at det blev fugtet af flydende vand. Flydende vand kan dæmpe orbitale excentriciteter over lange perioder, da dens bevægelse omkring planetens overflade skubber den ind i et mere regelmæssigt mønster gennem en proces kaldet tidevandsspredning.

En interessant konsekvens af tidevandsspredning er, at det potentielt kan forårsage et løbsk drivhus på en planet, imidlertid, forfatterne beregnede, at dette højst sandsynligt ikke var tilfældet på en ung Venus. De udelukkede også en anden potentiel kilde til en løbsk drivhuseffekt:det indfaldende sollys på en planet. Men modellerne viste, at mens det maksimale indfaldende sollys ville blive væsentligt forøget i tilfælde af en meget elliptisk bane for Venus, det var sandsynligvis ikke nok til at skabe en drivhusverden i sig selv.

Imidlertid, meget orbitale excentriciteter har en anden effekt på flydende vand. De får det til at forsvinde. Dette er en to-trins proces. Først, meget excentriske baner forårsager betydelige sæsonbestemte ændringer, og kan enten fryse vand til sne- eller isformationer, når planeten er længere væk fra stjernen eller fordampe det til skyer, når planeten kommer tættere på stjernen. Mens planeten er tæt på stjernen, det udsættes også for betydeligt øgede mængder af ultraviolet lys. Dette UV-lys har den ekstra effekt at spalte vandmolekyler, efterlader kun elementært brint og ilt. Den lettere brint kan så let fjernes fra planetens atmosfære af solvinden, aldrig at blive rekombineret til vand.

Vanddamp, der blev fordampet til atmosfæren, er faktisk en mere effektiv drivhusgas end den kuldioxid, der er til stede i den venusiske atmosfære nu. Før det blev fjernet fra kombinationen af ​​UV-lys og solvind, det kunne potentielt have forårsaget en periode kendt som et "fugtigt drivhus" på planeten. Det kunne også have bidraget til stigningen i CO ₂ i den venusiske atmosfære, da nedbør er en nøglekomponent i carbonat-silikat-cyklussen, som holder kuldioxid fanget i Jordens tektoniske plader.

Der er nogle yderligere spørgsmål, der kommer med disse foreslåede teorier om Venus' evolution. For eksempel, hvis der var så meget vand på Venus, hvor blev al ilten af, da den blev fjernet fra vandmolekylerne? Dr. Kane er også på et videnskabeligt hold, der håber at besvare det spørgsmål ved at sende en lander til Venus i den nærmeste fremtid for at teste, om der er oxider til stede på overfladen, som det frie radikales ilt kunne have været bundet til.

Der er også andre potentielle årsager til dæmpningen af ​​Venus' orbitale excentriciteter end vand. En potentiel indflydelse er Jorden selv. For at teste, om dette er tilfældet, forskere håber at forstå mere om, hvad der er kendt som Milankovitch-cyklusser, som er en model for de periodiske ændringer af Jordens kredsløbsparametre. Hvis Jorden havde en dæmpende effekt på Venus, den kinetiske energi, der ville være blevet fjernet fra Venus' kredsløbsmønster, ville være blevet absorberet af Jorden. Denne dramatiske ændring i energien i Jordens kredsløb ville have vist sig i fuldstændig skæve Milankovitch-cyklusser omkring den epoke, hvor denne overførsel af momentum skete. Selvom der ikke har været nogen data til at understøtte denne teori indtil videre, fremtidige palæoklimastudier kan kaste lys over, om Jorden selv fjernede noget af sin nærmeste nabos excentricitet.

Men det bedste skøn for den oprindelige årsag til denne excentricitet er stadig migrationen af ​​Jupiter. Og hvis gasgigantens migration tilfældigvis skubbede Venus ind i den løbske drivhustilstand, som den led af, det har betydelige konsekvenser for alle Venus-analoger, som vi kan finde i kredsløb om andre stjerner. Efterhånden som vores instrumenter til påvisning af disse exoplaneter bliver endnu mere nøjagtige, vi vil sandsynligvis finde mange flere planeter som Venus. Forstå hvad, Nemlig, sket med den eneste model for den type planet i vores solsystem bliver meget vigtigere for at forstå stjernernes beboelige zoner. Med al den fornyede interesse, Venus kan endda tiltrække Hollywoods opmærksomhed i en ikke alt for fjern fremtid.