Das Sonnensystem erhielt kurz nach seiner Entstehung seine derzeitige Konfiguration

Hallo Leser! Mein Name ist Irina, ich leite einen Telegrammkanal über Astrophysik und Quantenmechanik "Quant" . Dieses Mal habe ich für Sie eine Übersetzung eines Artikels über den Prozess der Konfiguration des Sonnensystems in den Zustand vorbereitet, den wir jetzt beobachten (und vor allem, als es passierte!).
Viel Spaß beim Lesen.



Ein von brasilianischen Forschern entwickeltes Modell zeigt eine chaotische Phase, in der Objekte in aktuelle Umlaufbahnen gebracht werden.

Die Hypothese, dass das Sonnensystem aus einer riesigen Gas- und Staubwolke entstand, wurde erstmals in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts vom deutschen Philosophen Immanuel Kant aufgestellt und vom französischen Mathematiker Pierre-Simon de Laplace weiterentwickelt. Derzeit sind sich die Astronomen in dieser Angelegenheit einig.

Aber es war nicht ohne Kontroversen. Bis vor kurzem wurde angenommen, dass das Sonnensystem seine gegenwärtigen Merkmale infolge einer Turbulenzperiode erlangte, die ungefähr 700 Millionen Jahre nach seiner Entstehung auftrat. Einige der neuesten Studien zeigen jedoch, dass es sich in der fernen Vergangenheit irgendwann in den ersten 100 Millionen Jahren gebildet hat.

Eine Studie von drei brasilianischen Forschern liefert starke Beweise für diese frühere Strukturierung. Laut einem in der Zeitschrift Icarus veröffentlichten Artikel wurde die Studie von der São Paulo Research Foundation - FAPESP unterstützt. Alle Autoren sind der Polytechnischen Schule der Staatlichen Universität São Paulo in Guaratingueta (Brasilien) angeschlossen.

Hauptautor ist Rafael Ribeiro de Souza. Die beiden anderen Autoren sind Andre Isidoro Ferreira Da Costa und Ernesto Vieira Neto, leitender Forscher für diese Studie.

"Eine große Menge von Daten, die als Ergebnis einer detaillierten Beobachtung des Sonnensystems erhalten wurden, ermöglicht es uns, die Flugbahnen vieler Körper, die die Sonne umkreisen, genau zu bestimmen", sagte Ribeiro. - Diese Orbitalstruktur ermöglicht es uns, die Geschichte der Entstehung des Sonnensystems zu schreiben. Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren kamen Riesenplaneten aus der die Sonne umgebenden Gasstaubwolke und bildeten sich in Umlaufbahnen, die näher beieinander und näher an der Sonne lagen. Die Bahnen waren auch koplanarer und kreisförmiger als jetzt und in resonanten dynamischen Systemen stärker miteinander verbunden. "Diese stabilen Systeme sind das wahrscheinlichste Ergebnis der Gravitationsdynamik der Bildung von Planeten aus gasförmigen protoplanetaren Scheiben."

„Die vier Riesenplaneten - Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun - sind in kompakteren Bahnen aus der Gasstaubwolke hervorgegangen“, fährt Isidoro fort. „Ihre Bewegungen waren aufgrund der Resonanzkreise sehr synchron, wobei Jupiter drei Umlaufbahnen um die Sonne und Saturn zwei Umlaufbahnen machte. Alle Planeten waren an dieser Synchronität beteiligt, die durch die Dynamik der Primärgasscheibe und die Gravitationsdynamik der Planeten erzeugt wurde. “

Während des gesamten Gebiets der Bildung des äußeren Sonnensystems, einschließlich der Zone außerhalb der gegenwärtigen Umlaufbahnen von Uranus und Neptun, hatte das Sonnensystem eine große Anzahl von Planetesimalen, kleine Körper aus Stein und Eis wurden als Bausteine ​​von Planeten und als Vorläufer von Asteroiden, Kometen und Satelliten angesehen.

Die äußere Planetesimalscheibe begann das Gravitationsgleichgewicht des Systems zu stören. Nach der Gasphase wurden Resonanzen unterbrochen, und das System trat in eine Phase des Chaos ein, in der Riesenplaneten heftig wechselwirkten und Materie in den Weltraum warfen.

"Pluto und seine eisigen Nachbarn wurden in den Kuipergürtel geschoben, wo sie sich jetzt befinden, und die gesamte Gruppe von Planeten wanderte in Umlaufbahnen weiter von der Sonne entfernt", sagte Ribeiro.

Der Kuipergürtel, dessen Existenz 1951 vom niederländischen Astronomen Gerard Kuiper vorgeschlagen und später durch astronomische Beobachtungen bestätigt wurde, ist eine toroidale Struktur, die aus Tausenden kleiner Körper besteht, die die Sonne umkreisen.

Die Vielfalt ihrer Umlaufbahnen wird in keinem anderen Teil des Sonnensystems beobachtet. Der innere Rand des Kuipergürtels beginnt in der Umlaufbahn von Neptun, etwa 30 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Der äußere Rand ist ungefähr 50 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Ein A.E. gleich der Entfernung von der Erde zur Sonne.

Zurück zur Verletzung des Synchronismus und zum Einsetzen des chaotischen Stadiums stellt sich die Frage, wann dies geschah - sehr früh im Leben des Sonnensystems, als es 100 Millionen Jahre alt oder weniger war oder viel später, wahrscheinlich etwa 700 Millionen Jahre nach der Entstehung der Planeten?

"Bis vor kurzem setzte sich die Hypothese der späten Instabilität durch", sagte Ribeiro. - Die Datierung von Mondsteinen, die von Apollo-Astronauten gebracht wurden, legt nahe, dass sie von Asteroiden und Kometen erschaffen wurden, die gleichzeitig gegen die Mondoberfläche stießen. Diese Katastrophe ist als "spätes schweres Bombardement" des Mondes bekannt. Wenn dies auf dem Mond geschah, dann geschah es wahrscheinlich auch auf der Erde und anderen Planeten des Sonnensystems. Da während einer Periode planetarischer Instabilität eine große Menge Materie in Form von Asteroiden und Kometen in alle Richtungen des Sonnensystems projiziert wurde, wurde aus den Mondgesteinen gefolgert, dass diese chaotische Periode spät war, aber in den letzten Jahren ist die Idee eines „späten Bombardements“ des Mondes aus der Mode gekommen. “

Laut Ribeiro würde eine spät chaotische Katastrophe die Erde und andere erdnahe Planeten zerstören oder zumindest Störungen verursachen, die sie in völlig andere Umlaufbahnen bringen würden als die, die wir jetzt beobachten.

Außerdem wurde festgestellt, dass die von den Apollo-Astronauten mitgebrachten Mondsteine ​​auf einen Schlag abgefeuert wurden. Wenn sie am Ende der Instabilität von Riesenplaneten auftreten würden, gäbe es Hinweise auf mehrere Kollisionen angesichts der Streuung von Planetesimalen durch Riesenplaneten.

„Ausgangspunkt unserer Studie war die Idee, dass Instabilität dynamisch datiert werden sollte. Eine Instabilität könnte später auftreten, wenn ein relativ großer Abstand zwischen der Innenkante der Planetesimalenscheibe und der Umlaufbahn von Neptun besteht, wenn das Gas erschöpft ist. Diese relativ große Entfernung war in unserer Simulation nicht akzeptabel “, sagte Ribeiro.

Dieses Argument basiert auf einer einfachen Annahme: Je kleiner der Abstand zwischen Neptun und der Planetesimalscheibe ist, desto stärker ist die Gravitationswirkung und desto früher ist die Instabilitätsperiode. Umgekehrt erfordert eine spätere Instabilität einen größeren Abstand.

„Wir haben zuerst ein Modell der primären Planetesimalscheibe erstellt. Dazu mussten wir zur Bildung der Eisriesen Uranus und Neptun zurückkehren. Computersimulationen basierend auf einem Modell von Professor Isidoro [Ferreira Da Costa] aus dem Jahr 2015 zeigten, dass die Bildung von Uranus und Neptun in Planetenkernen mit mehreren Erdmassen stattgefunden haben könnte. Die massiven Kollisionen dieser SuperEarths erklären zum Beispiel, warum sich Uranus auf seiner Seite dreht “, sagte Ribeiro und bezog sich auf die„ Neigung “von Uranus, wobei sich der Nord- und Südpol an den Seiten und nicht über und unter befindet.

Frühere Studien wiesen auf die Bedeutung des Abstands zwischen Neptuns Umlaufbahn und der inneren Grenze der Planetesimalscheibe hin, verwendeten jedoch ein Modell, in dem bereits vier Riesenplaneten gebildet wurden.

„Das Neue an dieser neuesten Studie ist, dass das Modell nicht mit vollständig geformten Planeten beginnt. Stattdessen befinden sich Uranus und Neptun noch im Wachstumsstadium, und zwei oder drei Kollisionen mit Objekten mit einem Gewicht von bis zu fünf Erdmassen sind die treibende Kraft für das Wachstum “, sagte Isidoro.

„Stellen Sie sich eine Situation vor, in der Jupiter und Saturn gebildet werden, aber anstelle von Uranus und Neptun haben wir fünf bis zehn SuperEarths. Die Supererden werden durch Gas gezwungen, sich mit Jupiter und Saturn zu synchronisieren, aber da es viele von ihnen gibt, schwankt ihre Synchronität und sie kollidieren schließlich. Kollisionen reduzieren ihre Anzahl und ermöglichen die Synchronisation. Am Ende blieben Uranus und Neptun. Während sich im Gas zwei Eisriesen bildeten, wurde die Planetesimalscheibe absorbiert. Ein Teil der Angelegenheit wurde an Uranus und Neptun weitergegeben, und ein Teil wurde an die Außenbezirke des Sonnensystems übertragen. Das Wachstum von Uranus und Neptun bestimmte somit die Position der inneren Grenze der Planetesimalscheibe. Was von der Scheibe übrig bleibt, heißt jetzt Kuipergürtel. Der Kuipergürtel ist im Grunde ein Relikt der ursprünglichen Planetesimalscheibe.das war einmal viel massiver. "

Das vorgeschlagene Modell stimmt mit den aktuellen Umlaufbahnen der Riesenplaneten und der im Kuipergürtel beobachteten Struktur überein. Dies steht auch im Einklang mit der Bewegung der Trojaner, einer großen Gruppe von Asteroiden, die sich die Umlaufbahn des Jupiter teilen und anscheinend während der Synchronisationsverletzung gefangen genommen wurden.

Laut einem Artikel, der 2017 von Isidoro veröffentlicht wurde, befanden sich Jupiter und Saturn noch im Entstehungsstadium, und ihr Wachstum trug zur Verschiebung des Asteroidengürtels bei. Der letzte Artikel ist eine Art Fortsetzung, beginnend mit dem Stadium, in dem Jupiter und Saturn vollständig gebildet, aber immer noch synchronisiert sind, und beschreibt die Entwicklung des Sonnensystems von diesem Punkt an.

„Die Gravitationswechselwirkung zwischen den Riesenplaneten und der Planetesimalscheibe verursachte Störungen in der Gasscheibe, die sich in Form von Wellen ausbreiteten. Wellen erzeugten kompakte und synchrone Planetensysteme. Als das Gas endete, störte die Wechselwirkung zwischen den Planeten und der Planetesimalscheibe die Synchronität und erzeugte eine chaotische Phase. Unter Berücksichtigung all dessen fanden wir heraus, dass es einfach keine Bedingungen dafür gibt, dass der Abstand zwischen der Umlaufbahn von Neptun und der inneren Grenze der Planetesimalscheibe groß genug wird, um die Hypothese einer späten Instabilität zu stützen. Dies ist der Hauptbeitrag unserer Studie, die zeigt, dass Instabilität in den ersten 100 Millionen Jahren aufgetreten ist und beispielsweise vor der Entstehung der Erde und des Mondes aufgetreten sein kann “, sagte Ribeiro.