Ceres er sandsynligvis dannet længere ude i solsystemet og migreret indad

Da den sicilianske astronom Giuseppe Piazzi så Ceres i 1801, troede han, at det var en planet. Astronomer kendte ikke til asteroider på det tidspunkt. Nu ved vi, at der er en enorm mængde af dem, primært bosat i hovedasteroidebæltet mellem Mars og Jupiter.

Ceres er omkring 1.000 km i diameter og tegner sig for en tredjedel af massen i hovedasteroidebæltet. Det dværger de fleste af de andre kroppe i bæltet. Nu ved vi, at det er en planet – om end en dværg – selvom dens naboer for det meste er asteroider.

Men hvad laver en dværgplanet i asteroidebæltet?

En ny forskningsartikel giver svaret:Ceres blev ikke dannet i asteroidebæltet. Det dannede sig længere ude i solsystemet og vandrede derefter til sin nuværende position. Dette er ikke den første undersøgelse, der når frem til den konklusion, men den tilføjer vægt til ideen.

Artiklen er "Dynamical Origin of the Dwarf Planet Ceres", og den er publiceret i tidsskriftet Icarus . Hovedforfatteren er Rafael Ribeiro de Sousa, fysikprofessor ved Sao Paulo State University i Brasilien. Andre medforfattere kommer fra det samme universitet og Frankrig og USA

(Bemærk:Ceres kaldes en dværgplanet, en protoplanet og nogle gange en asteroide. Det giver ingen mening at blive hængende på den. Den blev officielt klassificeret som en dværgplanet i 2006.)

Ceres er en af ​​tre dværgplaneter eller protoplaneter i asteroidebæltet. De to andre er Vesta og Pallas. Et fjerde stort legeme, Hygiea, er 434 km i diameter og kan også være en dværgplanet. Disse fire største kroppe udgør halvdelen af ​​massen af ​​asteroidebæltet.

Det meste af det, vi ved om Ceres, kommer fra NASAs Dawn-mission. Dawn var det første rumfartøj, der besøgte to udenjordiske kroppe og det første, der kredsede om en dværgplanet. Dawn besøgte både Vesta og Ceres, før rumfartøjet løb tør for brændstof i oktober 2018. Nu er det et forladt i en stabil bane omkring Ceres.

Terminologien og beskrivelserne af de største objekter i asteroidebæltet kan være forvirrende, men Ceres skiller sig ud fra de tre andre. Ceres er den eneste krop i bæltet, der er massiv nok til at opretholde en kugleform. Ceres har også en forbigående atmosfære kaldet en exosfære. Sollys sublimerer vandis og ammoniak-is til damp, men dværgplanetens tyngdekraft er for svag til at holde på den. Dette er et vigtigt fingerpeg om Ceres' oprindelse, fordi asteroider typisk ikke udsender damp.

Tilstedeværelsen af ​​ammoniak er også et fingerpeg.

Kometer indeholder flygtige is som ammoniak, der sublimerer, når solen opvarmer dem. Det er det, der skaber kometens hale og koma. Men kometer kommer fra de kolde ydre områder af solsystemet, hvor de ville have samlet de flygtige is. Da Ceres har frosset flygtige stoffer som en komet, tyder det på, at det også stammer fra de koldere områder af solsystemet.

"Tilstedeværelsen af ​​ammoniak-is er stærke observationsbeviser på, at Ceres kan være blevet dannet i det koldeste område af solsystemet ud over Frost-linjen, i temperaturer, der er lave nok til at forårsage kondensering og sammensmeltning af vand og sådanne flygtige stoffer som kulilte [CO] , kuldioxid [CO₂ ] og ammoniak [NH3],« sagde Ribeiro de Sousa i en pressemeddelelse.

Grænsen mellem det koldere ydre solsystem og det varmere indre solsystem kaldes Frostlinjen. Der er specifikke frostlinjer for forskellige flygtige stoffer, som fryser ved forskellige temperaturer, men astrofysikere taler om en enkelt frostlinje for nemheds skyld. Frostlinjen er tæt på Jupiters bane nu, men den har ikke altid været der. Det flyttes i takt med, at solsystemet udviklede sig. Soltågen var uigennemsigtig i de tidlige dage, og solens varme nåede ikke så langt. Solen var også mindre energisk dengang, så frostlinjen var tættere på solen.

Væksten af ​​kæmpeplaneterne påvirkede også frostlinjens position. "Den intense gravitationsforstyrrelse produceret af væksten af ​​disse planeter kan have ændret tætheden, trykket og temperaturen af ​​den protoplanetariske skive, og fortrængt Frostlinjen. Denne forstyrrelse i den protoplanetariske gasskive kan have fået de ekspanderende planeter til at migrere til baner tættere på solen, da de erhvervede gas og faste stoffer," sagde medforfatter Ernesto Vieira Neto.

"I vores artikel foreslår vi et scenarie for at forklare, hvorfor Ceres er så forskellig fra naboasteroider. I dette scenarie begyndte Ceres at dannes i et kredsløb langt ud over Saturn, hvor der var rigeligt med ammoniak. Under vækststadiet for den gigantiske planet blev den trukket ind i asteroidebæltet som en migrant fra det ydre solsystem og overlevede i 4,5 milliarder år indtil nu," sagde Ribeiro de Sousa.

Holdet kørte et stort antal computersimuleringer for at teste ideen. De simulerede dannelsen af ​​gigantiske planeter inde i solens protoplanetariske skive, inklusive Jupiter og Saturn. De inkluderede også nogle embryonale planeter til at tjene som forløbere for Uranus og Neptun. Derefter tilføjede de en gruppe objekter med sammensætninger og størrelser, der ligner Ceres. Deres inklusion er baseret på den antagelse, at Ceres er en af ​​solsystemets tidlige planetesimaler, objekter på vej til at blive fuldgyldige planeter.

"Vores simuleringer viste, at det gigantiske planetdannelsesstadium var meget turbulent, med enorme kollisioner mellem forstadierne til Uranus og Neptun, udslyngning af planeter ud af solsystemet og endda invasion af det indre område af planeter med masser større end tre gange Jordens masse. masse. Derudover spredte den stærke tyngdekraftsforstyrrelse objekter, der ligner Ceres overalt. Nogle kan meget vel have nået området omkring asteroidebæltet og opnået stabile baner, der er i stand til at overleve andre begivenheder," sagde Ribeiro de Sousa.

Forskerne siger, at der er fire trin involveret i et Ceres-lignende objekt, der bliver implanteret i asteroidebæltet. Den første er en hurtig radial blandingsfase i positionen af ​​planetesimalerne i den ydre planetesimale skive. Det andet er, når Ceres-kandidaten bliver fanget i middelbevægelsesresonans med gigantiske planeter. Det tredje trin er en kaotisk fase, hvor det Ceres-lignende objekt kan støde på andre "angribere", der kan øge eller mindske dets excentricitet og sprede objektet i mere stabile områder i det indre asteroidebælte. Den kaotiske fase inkluderer også gasmodstand og gasformig dynamisk friktion, der kan ændre Ceres-kandidatens excentricitet og tilbøjelighed og implantere den i sin nuværende position. Den fjerde fase er, hvor gassen fjernes fra den protoplanetariske skive, angribere fjernes, Ceres fjernes fra middelbevægelsesresonans, og implantationen bliver stabil.

Holdets simuleringer viste også, at Ceres kun er et af mange lignende objekter, der eksisterede i solsystemets tidlige dage. "Vores hovedfund var, at der tidligere var mindst 3.600 Ceres-lignende objekter ud over Saturns bane. Med dette antal objekter viste vores model, at en af ​​dem kunne være blevet transporteret og fanget i asteroidebæltet, i en bane. meget lig Ceres nuværende kredsløb," sagde Ribeiro de Sousa.

Det er ikke de første forskere, der kommer med et antal som 3.600 Ceres-lignende objekter. Andre har studeret kratere og antallet af objekter ud over Saturn og i Kuiperbæltet for at komme med deres resultater. Denne undersøgelse bekræfter tidligere resultater og understøtter vores forståelse af, hvordan solsystemet blev dannet og udviklet sig. "Vores scenarie gjorde os i stand til at bekræfte tallet og forklare Ceres' orbitale og kemiske egenskaber. Undersøgelsen bekræfter nøjagtigheden af ​​de seneste modeller for dannelsen af ​​solsystemet," sagde han. + Udforsk yderligere

Dawn fuldfører den primære mission