Banor detektiver fick på spår av lång-lost planet Solen

Vårt solsystem är brottsplatsen vid en ålder av 4,6 miljarder år. Kratrar yta, flyttas planeternas banor och strömmar av interplanetära skräp är den kosmiska motsvarande blod fläckar, rasplakalsya på väggen och däcket spår som flyr med ett tjut maskinen. Dessa och andra ledtrådar för att berätta om de kaotiska första dagarna av vår planetariska familj. Dessa ledtrådar är begraven och vår förlorade bröder, inklusive den nionde planeten (nej, inte Pluto), som slog ut allvar shake-up som har genomgått vårt solsystem i sin ungdom.

Idag är det yttre solsystemet var uppdelad mellan fyra gigantiska världar: Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Bakom dem ligger i kuiperbältet, ett isande fält av skräp som avmaskas och Pluto.

"vi får Inte lura oss själva till att tro att de yttre delarna av solsystemet alltid varit så här, säger David Nesvorny, en planetarisk vetenskapsman southwest research Institute i boulder, Colorado, som först talade om vår planet-för flyktiga 2011.

Om du är den nionde planeten?

Nesvorny är en av de forskare som försöker lista ut hur solsystemet utvecklats under sina första hundra miljoner år. Med hjälp av avancerade datamodeller, forskarna kom till historien som den unga planeterna bildats relativt nära och sedan utväxlas avsättningar, som regelbundet böja sig ner och hoppa från en omloppsbana till en annan. Dessa simuleringar förklara många små detaljer om hur planeter, asteroider och kometer kretsar runt solen i dag.

Förutom att det är ett problem. Historien oftast slutar upp att vara en Uranus eller Neptunus, ut ur solsystemet, skrev Nesvorny i September, i en Årlig Genomgång av Astronomi och Astrofysik.

Som Uranus och Neptunus kvar på sina platser rymdfarkost i slutet, besökte de båda planeterna — den här berättelsen är inte mycket som är vikbara. Men en femte stor planet, som många tror, kan vara vår saknade hjälten i denna berättelse och en viktig spelare i historien om vårt solsystem.

Phantom planet

För att återskapa scener från antiken, astronomer tur att datorn modeller för att generera tusentals olika solsystem, samlas i tusentals olika sätt. De rader kod som förklarar de lagar av fysik och startelvan av någon av planeterna, som du kan tänka dig. Forskare sätter scenen: en planet som här, några asteroider här, för att sedan lämna och låta naturen göra sin sak. Några veckor i den verkliga världen miljontals år i simulering — astronomer äntligen vågar titta och se hur det känns nyfödda solsystem. Den närmare verkligheten bättre.

Detta Nesvorny gjorde 2009. Han spelade med den virtuella solar system, försöker hitta det bästa sättet att spara virtuella virtuella Uranus och Neptunus från ensidiga virtuell tur i rymden.

Problemet var Jupiter. Denna gigantiska planet — Buster, allvaret som kan nå långt bortom och expandera, driver små världar och dra vraket. I de mest framgångsrika modellerna från Jupiter och en av de två yttre planeterna rebound studsade bort från varandra, och slutligen bosatte sig på deras nuvarande banor. Men det hände bara i 1% av fallen. I 99% av fallen, Jupiter knackade Uranus eller Neptunus så mycket att de lämnade solsystemet och aldrig återvända.

"Allt detta är märkligt, eftersom vi vet att Uranus och Neptunus har överlevt, säger Nesvorny. Så han fortsatte att bygga det nya systemet. Efter år av otaliga försök av olika scenarier, började han att lägga till en uppoffrande planet: den andra planeter som förstördes för att rädda andra.

"jag skulle köra dessa simuleringar för att se vad som skulle hända inte tar dem på för stort allvar", säger Nesvorny. "Men sedan insåg jag att det kan finnas någon sanning". Han tillbringade ca 10 000 simuleringar, varierande antal ytterligare planeter, sina ursprungliga platser och massorna i varje fall.

Bästa-scenariot — som uttrycker Solar system som mest liknar riktiga ingår en extra planet, som var beläget mellan banor av Saturnus och Uranus. Den här världen har funnits ungefär lika stor som Uranus och Neptunus, eller 16 gånger tyngre än Jorden. Denna planet kan förväxlas med orbit av Jupiter och kastas ut från solsystemet.

Men oddsen är fortfarande liten. Upprepad simulering av en sådan installation uppnåddes endast i 5% av fallen. "Den nuvarande solsystem är varken en typisk heller förväntat resultat", skrev Nesvorny arbete under 2012 för att studera denna idé, i samarbete med kollegor Alessandro Morbidelli från Observatoriet i Cote d ' azur i Frankrike. Men det var en betydande förbättring jämfört med 1% av den nivå av framgång för de simuleringar som ingår endast de fyra stora planeter, som vi känner till och älskar idag.

"Talar om att det finns en femte jätte planet är faktiskt mycket lättare än att inte prata", sade Sean Raymond, en planetarisk forskare från Universitetet i Bordeaux i Frankrike. Även om bevis är till stor del indicier, "att ha en annan man i dessa dagar skulle ha varit mycket mer känsla."

Det Kan tyckas att detta är långsökt. Astronomer kan veta något om vad som händer mer än 4 miljarder år sedan? Hur kan de veta något om de planeter som finns kvar vid den tidpunkt, för att inte tala om de som inte finns mer? Det visar sig att planeterna lämna bakom battle ärr, somplanetariska detektiver kan prova att läsa.

Interplanetära blod fläckar

"Vi är säkra på att planeterna bildats, inte där de är nu," säger Nathan Kaib, en planetarisk forskare vid University of Oklahoma i Norman.

Detta förtroende verkade inte så länge sedan. För de flesta av historien om star observatörer antas att planeterna alltid gått i dessa banor att ha. Men i början av 1990-talet insåg forskarna att i det här fallet, något som är förlorat.

Omedelbart bortom Neptunus ligger i kuiperbältet, en spridning av isiga skräp som omger Solen. "Detta är förbundets blod fläckar på väggen, säger Konstantin Batygin, en planetarisk forskare vid Caltech.

Placeringen av Kuiper objekt har lett forskarna till den oundvikliga slutsatsen: Neptunus hade att bilda närmare Solen än vad det är nu. Många av de Kuiper objekt spikas ihop i koncentriska banor, vagt påminner om den strimmor på plattorna. Och detta är inte några slumpmässiga banor — de är alla nära knutna till Neptunus.

Ta Pluto, den mest kända bosatt i kuiperbältet. Han och flera hundra av hans berömda följeslagare undgå Solen exakt två gånger för varje tre bypass med Neptunus. Andra trådar av objekt i Kuiper förbi en gång för varje två rotationer av Neptunus, eller fyra gånger för varje sju.

Kuiperbältet på något sätt skulle kunna vara i denna rörelse ensam. Om, dock, Neptunus, som bildas närmare Solen, och sedan kom ut hur allvarligt det var att fungera som ett nätverk för att fånga den i närheten interplanetära skräp på dessa särskilda banor och lansera dem att röra sig på ett visst sätt.

Detta motsvarar några simuleringar som genomfördes för tio år sedan. Bildandet av planeter var fruktansvärda blodsutgjutelse, som hela solsystemet var spridda skräp. Några fragment som kom för nära Neptune, hade lockas av allvaret av planeten. Eftersom varje handling har en lika stor och motsatt reaktion, varje gång Neptunus drogs till ett fragment, planeten är tillbaka i motsatt rörelse av fragment riktning. Över tid, Neptunus långsamt kröp bort från Solen.

Migrering av Neptunus påverkat planeter. I slutet, Jupiter, Saturnus och Uranus plöjde samma område av skräp och var tvungen att ta itu med liknande gravitatsionnye interaktioner. Om Neptunus flyttat, alla dessa gigantiska planeter skulle flyttas.

Och det var helt klart inte en resa med vinden.

En Kontinuerlig krossning alla dessa fragment var tvungen att skulptera banor i den stora planeter placerade i perfekta cirklar, som leran på drejskivan är jämnas med stark hand av Potter. Men atk inte hända. Planet av jättarna i stället röra sig i banor som är något avlånga och förvrängd. Om någon kraschade in i cirkeln, förstör rundade krukor.

att Hoppa Jupiter

Under 2005, forskare hittat den skyldige. Den nya modellen visade att vid en viss punkt jätteplaneterna hade att uthärda den så kallade "dynamisk instabilitet". Med andra ord, allt är upp och ner i en miljon år. Den mest sannolika källan till denna förvirring var tänkt att bli en serie av nära passerar mellan Saturnus och antingen Uranus eller Neptunus — som är isen jättar — koora skickade en av dessa världar i riktning mot Jupiter. När du kommer närmare den gigantiska planet, en is jätte gravitationella påverkan på Jupiter, saktar ner och trycka i låg omloppsbana. Men Jupiter är också starkt attraherad av den närmar sig jorden. En is jätte, mycket lättare, snabbare nedgång av Jupiter bort från Solen.

Denna kamp var för solsystemet gravitationella mixer. Jupiter hoppade in, och den andra yttre planeterna dök upp. Denna påverkan förvrängd banor av jätteplaneterna och gjorde dem på det sätt som de är nu. Han har också sparat det inre solsystemet — merkurius, Venus, Jorden, Mars och asteroidbältet — från att blanda på grund av den långa gravitationella effekter av Jupiter och Saturnus. Detta problem har också uppstått i tidigare simuleringar.

Detta leder oss till de avlägsna planeterna Uranus eller Neptunus. Det var vid denna punkt i simuleringar, Jupiter ofta kastar frost jätte i galaxen.

Detta är ett dilemma försöker bestämma Nesvorny utan att bryta allt annat i de simuleringar som verkligen fungerade. Ytterligare ice jätten skulle ta över den största delen av huvudet av Jupiter, vilket innebär att andra händelser i berättelsen utvecklas successivt och smidigt.

"Det är helt rimligt, säger Batygin. "Om du frågar, finns det någon anledning varför vi skulle vara två, inte tre is jätte, svaret är: nej, naturligtvis inte." I själva verket, enligt honom, några beräkningar visar att den skapades ursprungligen inte mer än fem naturläkemedel världar.

Batygin och hans kollegor studerat denna fråga samtidigt med Nesvorny, även om deras motiv var annorlunda. "Jag ville visa att inga ytterligare stora planeter kan inte vara", säger han.

Han resonerade som så att denna påstådda planet, att flytta från solsystemet, skulle bryta en del av Kuipers bälte kallas kalla klassisk bälte. Om kuiperbältet var en munk, säger Batygin, kallt klassiska bälte skulle vara hans choklad fyllning är en familj av objekt vars banor ligger nästan i ett plan i kuiperbältet. Passerar planeten angered dessabana, jag tror Batygin och hans kollegor.

Deras dator simuleringar visade att detta inte hända. Dessutom, till sin förvåning, de utslungade planet skulle ha förstört den kalla klassisk bälte. Det behöver inte bevisa existensen av planeten — säger bara att Solens planet fungerar, hur det fungerar, oavsett om hon var det eller inte. Kan den här planeten för att lämna en större signatur? Eller, för att återgå till analogin av en brottsplats, någon däcket spår? Nesvorny tror att det går.

som bör vidtas

Det finns en annan del av kuiperbältet, som kallas kärnan, en smal ström av is skärvor, banor som för närvarande inte är synkroniserad med Neptunus. Ursprunget av kärnan är i någon mening ett mysterium. 2015 Nesvorny sagt att detta kan vara ett hopp i den externa migration av Neptunus som orsakas av utsläpp av planeten.

När Neptunus gick in i sin sista bana och torkade bort skräp med banor som är synkroniserade med sin egen, "blåsa" i rätt tid kan köra en del av vraket som en oberoende tråd, "core". Simuleringar visar att gravitationella tryck som tvingade Jupiter för att hoppa och tryck ut den extra planet, kan hända precis i rätt tid för att flytta Neptunus.

Sanningen är, vi kan aldrig veta säkert vad som hände i den formativa åren av solsystemet. "Vi kan inte skriva Bibeln of the Solar system", säger Batygin. "Bara vagt skiss av sin historia".

Om solsystemet verkligen kastade en av hans, han är i gott sällskap. Under de senaste åren har astronomer hittat ett par vandrande planeter, som också kastats ut från sina hem. Dessutom, har gjort beräkningar som visar att i galaxy flytande planeter, mer som Jupiter än stjärnorna.

Flera miljarder av flyktingar. Våra flyktiga var nog ungefär som storleken av Neptunus och vi vet inte hur många andra som honom vandrande galaxy. Men vi vet att universum är full av små saker än stora.

Vad tror ni, kommer vi att hitta exil? Berätta för oss i vår