Detektywi orbit wyszły na ślad dawno zaginionego Słońcem planety

Nasz układ Słoneczny — to miejsce zbrodni wiekiem 4,6 miliarda lat. Изрытые kraterami powierzchni, zniekształcone orbity planet i strumienie planet śmieci — to kosmiczne odpowiedniki plam krwi, расплескавшейся na ścianie, i śladów opon удирающей z piskiem maszyny. Te i inne dowody mówią o chaotycznym początku istnienia naszej rodziny planetarnej. W tych przesłankach zakopane i nasze utracone bracia: w tym dziewiąta planeta (nie, nie Pluton), który był grawitacyjnej poruszenia, jaką przeszedł nasz układ Słoneczny w młodości.

Dzisiaj zewnętrzny układ Słoneczny podzieliły między sobą cztery gigantyczne świata: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Za nimi znajduje się pas Kuipera, pole lodowych odłamków, które затесался i Pluton.

"Nie trzeba być w błędzie, wierząc, że zewnętrzna część układu Słonecznego zawsze była taka", mówi David Несворны, планетолог Południowo-Zachodniego instytutu naukowo-badawczego w Boulder, w stanie Kolorado, który jako pierwszy zaczął mówić o planecie-беглеце w 2011 roku.

Gdzie jest dziewiąta planeta?

Несворны — jeden z tych naukowców, którzy próbują dowiedzieć się, jak układ Słoneczny rozwijała się w swoje pierwsze kilkaset milionów lat. Korzystając z zaawansowanych modeli komputerowych, naukowcy doszli do historii, w której młodzi planety powstały stosunkowo ściśle, a następnie wymieniali się przepisami, okresowo подныривая i skacze z jednej orbity na drugą. Symulacje te wyjaśniają wiele małych szczegółów o tym, jak planety, planetoidy i komety krążą wokół słońca dzisiaj.

Tylko jest jeden problem. Historia zwykle kończyła się tym, że Uran czy Neptun tracili układu Słonecznego, pisał Несворны we wrześniu w " Annual Review of Astronomy and Astrophysics.

Ponieważ Uran, Neptun i pozostali na swoich miejscach — statek kosmiczny, w końcu odwiedził obie planety — ta narracja nie bardzo складный. Ale piąta gigantyczna planeta, jak uważa wielu, może być brakującym bohaterem tej bajki i ważnym graczem w historii naszego układu Słonecznego.

Fantom planeta

Aby odtworzyć sceny starożytności, astronomowie zwracają się do komputerowych modeli do generowania tysięcy różnych systemów słonecznych, zebranych tysiące różnych sposobów. W linijkach kodu one określać prawa fizyki i początkową linię dowolnego położenia planet, które tylko można sobie wyobrazić. Naukowcy zadają scenę: planeta tutaj, kilka planetoid tutaj — a następnie odejść i dać naturze robić swoje. Przez kilka tygodni w rzeczywistym świecie — miliony lat w symulacji — astronomowie w końcu decydują się zajrzeć i zobaczyć, jak czuje się uczyć układ słoneczny. Im bliżej do rzeczywistości, tym lepiej.

Właśnie tym Несворны zajmował się w 2009 roku. Grał z wirtualnymi systemami słonecznymi, próbując znaleźć najlepszy sposób, aby uratować wirtualny Uran i wirtualny Neptun od jednostronnego tournee w wirtualny głęboki kosmos.

Problemem był Jowisz. Ta gigantyczna planeta — łajdak, grawitacja którego może dotrzeć do odległych granic i rozszerzać, spychając małe światy i ściągając wrak. W najbardziej udanych modeli Jowisz i jedna z dwóch planet rykoszetem odbił się od siebie i, w końcu, osiadały na swoich obecnych orbitach. Ale to działo się tylko w 1% przypadków. W pozostałych 99% przypadków Jowisz pokonując Uran czy Neptun tak mocno, że opuścili układ Słoneczny i nigdy już nie wrócili.

"to Wszystko dziwne, bo wiemy, że Uran i Neptun przeżył", mówi Несворны. Poszedł więc budować nowe systemy. Po roku niezliczonych prób różnych scenariuszy, zaczął dodawać ofiarne planety: inne planety, które zostały zniszczone, aby uratować innych.

"Ja bym uruchomił te symulacji, aby zobaczyć, co się stanie, nie odczuwa ich zbyt poważnie", mówi Несворны. "Ale potem uświadomiłem sobie, że w nich może być jakaś prawda". Spędził około 10 000 symulacji, zmieniając ilość dodatkowych planet, ich początkowych lokalizacji i mas w każdym oddzielnie.

Najlepszy scenariusz — który zapewniał system Słoneczny, najbardziej podobny do rzeczywistego — obejmował dodatkową planetę, która znajdowała się między oryginalnymi orbitami Saturna i Uranu. Ten świat był mniej więcej taki sam ogromny, jak Uran i Neptun, lub 16 razy masywniejsze od Ziemi. To właśnie ta planeta mogła zaplątać się z orbitą Jowisza i być wyrzucone z układu Słonecznego.

Ale szanse wciąż są niewielkie. Powtarzające symulacji takiej instalacji удавались tylko w 5% przypadków. "Obecny układ Słoneczny nie jest ani typowym, ani oczekiwany wynik", pisał Несворны w pracy 2012 roku, ucząc się ten pomysł, wspólnie z kolegami Alessandro Морбиделли z Obserwatorium Lazurowego wybrzeża Francji. Ale to było znaczną poprawę w porównaniu z 1% poziomem sukcesu symulacji, które obejmowały tylko cztery gigantyczne planety, które znamy i kochamy dzisiaj.

"Mówić o istnieniu piątego gigantycznej planety jest w rzeczywistości o wiele łatwiejsze, niż nie mówić", mówi Sean Raymond, планетолог Uniwersytetu w Bordeaux we Francji. Chociaż dowody w dużej mierze pośrednie, "mieć jeszcze jedną taką w tamtych czasach było o wiele więcej sensu".

Może się wydawać, że jest to naciągane. Jak astronomowie mogą w ogóle coś wiedzieć o tym, co się dzieje ponad 4 mld lat temu? Jak oni mogą coś wiedzieć o planetach, które pozostały w tej chwili, nie mówiąc już o tych, których już nie ma? Okazuje się, że planety pozostawiają po sobie blizny wojenne, któreplanetarne detektywi mogą spróbować przeczytać.

Międzyplanetarne plamy krwi

"Jesteśmy zdecydowanie przekonani, że planety powstały nie tam, gdzie oni teraz są", mówi Nathan Каиб, планетолог Uniwersytetu Oklahomy w Norman.

Ta pewność pojawiła się nie tak dawno temu. Przez większą część historii star obserwatorzy sugerowali, że planety zawsze poruszają się po tych orbitach, które mają. Ale na początku lat 1990-tych naukowcy zdali sobie sprawę, że w tym scenariuszu, że coś przeoczyliśmy.

Tuż za orbitą Neptuna leży w pasie Kuipera, pakowacz lodowych odłamków wokół Słońca. "To plamy krwi na ścianie", mówi Konstantin Батыгин, планетолог Kalifornijskiego instytutu technologicznego.

Położenie obiektów pasa Kuipera doprowadziło naukowców do nieuchronnego wniosku: Neptun miał powstać bliżej Słońca, niż teraz. Wiele z obiektów pasa Kuipera zestrzelony razem na koncentrycznych orbitach, niejasno przypomina bruzdy na płytkach. I nie są to jakieś przypadkowe orbity — wszystkie one są ściśle powiązane z orbicie Neptuna.

Weźmy Pluton, najbardziej znanego mieszkańca pasa Kuipera. On i kilku setek jego znanych towarzyszy obchodzą Słońce dokładnie dwa razy za każde trzy obejścia, dokonywanych Neptuna. Inne strumienie obiektów Kuipera obchodzą jeden raz na każde dwa obroty Neptuna, lub cztery razy na każde siedem.

Pas Kuipera w żaden sposób nie mógł być w takim ruchu samodzielnie. Jeśli, jednak, Neptun ukształtował się bliżej Słońca, a następnie wyszedł na zewnątrz, jego grawitacja powinna była zadziałać jak sieć, zdobywając okoliczne międzyplanetarne wrak na tych specjalnych orbitach i uruchamiając je poruszać się w określony sposób.

Jest To zgodne z jakiegoś моделированиям, które odbyły się dziesięć lat temu. Powstawanie planet było straszne krew, w wyniku którego w całym układzie Słonecznym okazał się rozprasza śmieci. Wszelkie fragmenty, które podchodziły zbyt blisko do Нептуну, powinny były притянуться grawitacją planety. Ponieważ u każdego działania jest równa i przeciwna reakcja, za każdym razem, gdy Neptun przyciąga fragment, planeta отталкивалась w przeciwnym do ruchu fragmentu kierunku. Z czasem Neptun powoli odszedł od Słońca.

Migracja Neptuna wpływ i na inne gigantyczne planety. W końcu, Jowisz, Saturn i Uran вспахивали to samo pole zniszczeń i mieli do czynienia z podobnymi гравитациоными interakcjami. Gdyby Neptun ruszał, wszystkie te gigantyczne planety by falowały.

I to by była wyraźnie podróż z wiatrem.

Ciągłe szlifowanie tych wszystkich szczątków miało formy orbity planet-gigantów w idealne wyrównane kręgi, podobnie jak gliny na kole garncarskim, wiele wygładzone mocną ręką gonczarowa. Ale atk się nie stało. Planety olbrzymy zamiast tego poruszają się na orbitach, które lekko rozciągnięte i zniekształcone. Jakby ktoś uderzył w koło, rozpieszczanie zaokrąglone garnki.

pędzący koń Jowisz

W 2005 roku naukowcy znaleźli winowajcę. Nowe modele wykazały, że w pewnym momencie gigantyczne planety musieli znosić tzw. "dynamicznej niestabilności". Innymi słowy, wszystko wywróciło do góry nogami na milion lat. Najbardziej prawdopodobnym źródłem tej катавасии miała być seria bliskich przejść między Saturna i Urana lub Neptuna — czyli lodowymi gigantami — коорая wysłała jeden z tych światów w kierunku Jowisza. W miarę zbliżania się do gigantycznej planety, lodowy gigant grawitacyjnie wpływa na Jowisza, spowalniając go i strącając na niską orbitę. Ale Jowisz i tak samo mocno ciągnął zbliżającą się planetę. Lodowy gigant, jest o wiele łatwiej, rozpędza się w miarę zwalniania Jowisza, oddalając się od Słońca.

Ta kłótnia była dla układu Słonecznego grawitacyjnym mikserem. Jowisz wskoczył do środka, a pozostałe planety zewnętrzne wyskoczyły na zewnątrz. Ten cios nieprawdziwe orbity gigantycznych planet i ich takimi, jakimi są teraz. On też uratował wewnętrznego układu Słonecznego — Merkurego, Wenus, Ziemię, Marsa i pas planetoid — od mieszania kosztem długotrwałego oddziaływania grawitacyjnego Jowisza i Saturna. Ten problem również występował w starszych симуляциях.

To prowadzi nas do usuwania Urana lub Neptuna. To właśnie w tym momencie w симуляциях Jowisz najczęściej wyrzuca lodowego giganta z galaktyki.

To jest dylemat, który próbował rozwiązać Несворны, nie łamiąc wszystkie inne w симуляциях, co naprawdę działało. Artykuł lodowy olbrzym wziął na siebie główną część ciśnienia Jowisza, pozwalając innych zdarzeń narracje rozwijać się stopniowo i płynnie.

"To jest zupełnie prawdopodobne", mówi Батыгин. "Jeśli pytasz, czy jest jakaś przyczyna tego, dlaczego u nas musi być dwa, a nie trzy lodowych gigantów, odpowiedź brzmi: oczywiście, że nie". W rzeczywistości, według niego, niektóre obliczenia wskazują, że pierwotnie została stworzona przez nie więcej niż pięciu нептуноподобных światów.

Батыгин i jego koledzy badali to pytanie jednocześnie z Несворным, choć ich motywacje były różne. "Chciałem pokazać, że ma więcej gigantycznej planety być nie może", mówi.

Doszedł do wniosku, że ta planowana planeta porusza się z układu Słonecznego, złamała by tę część pasa Kuipera, znany jako zimny klasyczny pas. Gdyby pas Kuipera był pączkiem, mówi Батыгин, zimny klasyczny pas byłby czekoladową go nadzieniem — to zbiór obiektów, których orbity leżą praktycznie na jednej płaszczyźnie w pasie Kuipera. Przechodząc planeta zgorszył teorbity, uważają Батыгин i jego koledzy.

Ich symulacje komputerowe wykazały, że tego się nie działo. Ponadto, do ich zdziwieniu, porzucona planeta nie zniszczyła by zimny klasyczny pas. To nie dowodzi istnienia planety — tylko mówi o tym, że Słoneczna planeta działa tak, jak działa, niezależnie od tego, czy była ona tam jest czy nie. Czy może ta planeta zostawić większą sygnaturę? Albo, wracając do analogii z miejscem zbrodni, jakieś ślady opon? Несворны uważa, że mogłaby.

Ślad wzięty

Jest jeszcze jedna część pasa Kuipera, zwana jądrem, wąski strumień lodu fragmentów, których orbity obecnie nie są zsynchronizowane z нептуновой. Pochodzenie jądra — w pewnym sensie zagadką. W 2015 roku Несворны oświadczył, że w sprawę może być zamieszany skok w zewnętrznej migracji Neptuna — spowodowane emisją planety.

Kiedy Neptun udał się na swoją ostateczną orbitę i смахнул wrak z orbit, zsynchronizowanych z jego własnym, "cios" w odpowiednim czasie mógł uruchomić część z tych gruzów jakby niezależny strumień, "jądro". Symulacje pokazują, że grawitacyjna impuls, który sprawił, że Jowisz skok i wypchnąć nadmiar planetę, może nastąpić w odpowiednim czasie, aby przesunąć Neptun.

Prawda jest taka, że możemy nigdy nie dowiedzieć się na pewno, co się działo w latach formowania się układu Słonecznego. "Nie możemy napisać Biblię układu Słonecznego", mówi Батыгин. "Tylko niejasno naszkicować jej historię".

Jeśli układ Słoneczny naprawdę wyrzuciła jednego ze swoich, to w dobrym towarzystwie. W ostatnich latach astronomowie odkryli kilka wędrówki planet, które również zostały wyrzucone ze swoich domów. Ponadto, obliczenia pokazują, że w galaktyce więcej pływających planety typu Jowisza, niż gwiazd.

To miliardy uchodźców. Nasz uciekinier, prawdopodobnie, był wielkości Neptuna, i nie wiemy, jak wiele mu podobnych wędruje po całej galaktyce. Ale wiemy, że Wszechświat jest pełen małych rzeczy, i jest ich więcej niż dużych.

Jak myślicie, czy znajdziemy możemy wygnańca? Powiedz w naszej