Tata surya memperoleh konfigurasi saat ini tak lama setelah pembentukannya

Halo pembaca! Nama saya Irina, saya sedang melakukan saluran telegram tentang astrofisika dan mekanika kuantum "Quant" . Kali ini saya siapkan untuk Anda terjemahan sebuah artikel tentang proses mengkonfigurasi Tata Surya ke keadaan yang kita amati sekarang (dan yang paling penting, ketika itu terjadi!)
Selamat membaca.



Sebuah model yang dikembangkan oleh para peneliti Brasil menunjukkan fase kacau yang menempatkan objek dalam orbit saat ini.

Hipotesis bahwa tata surya muncul dari awan raksasa gas dan debu pertama kali dikemukakan pada paruh kedua abad ke-18 oleh filsuf Jerman Immanuel Kant dan selanjutnya dikembangkan oleh ahli matematika Prancis Pierre-Simon de Laplace. Saat ini, para astronom sepakat dalam hal ini.

Tapi itu bukan tanpa kontroversi. Sampai saat ini, diyakini bahwa tata surya memperoleh fitur-fiturnya yang ada sebagai hasil dari periode turbulensi yang terjadi sekitar 700 juta tahun setelah pembentukannya. Namun, beberapa studi terbaru menunjukkan bahwa itu terbentuk di masa lalu yang lebih jauh, pada tahap tertentu selama 100 juta tahun pertama.

Sebuah studi oleh tiga peneliti Brasil memberikan bukti kuat untuk penataan sebelumnya. Menurut sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal Icarus, penelitian ini didukung oleh São Paulo Research Foundation - FAPESP. Semua penulis berafiliasi dengan Sekolah Politeknik Universitas Negeri São Paulo di Guaratingueta (Brasil).

Penulis utama adalah Rafael Ribeiro de Souza. Dua penulis lainnya adalah Andre Isidoro Ferreira Da Costa dan Ernesto Vieira Neto, peneliti utama untuk penelitian ini.

"Sejumlah besar data yang diperoleh sebagai hasil dari pengamatan terperinci dari tata surya memungkinkan kita untuk secara akurat menentukan lintasan banyak benda yang mengorbit matahari," kata Ribeiro. - Struktur orbital ini memungkinkan kita untuk menulis sejarah pembentukan tata surya. Meninggalkan awan debu gas yang mengelilingi Matahari sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu, planet-planet raksasa terbentuk dalam orbit yang terletak lebih dekat satu sama lain, serta lebih dekat ke Matahari. Orbit juga lebih coplanar dan lebih bundar dari sekarang, dan lebih saling berhubungan dalam sistem dinamik resonansi. "Sistem stabil ini adalah hasil yang paling mungkin dari dinamika gravitasi pembentukan planet-planet dari cakram protoplanet gas."

"Empat planet raksasa - Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus - muncul dari awan debu gas dalam orbit yang lebih kompak," lanjut Isidoro. "Gerakan mereka sangat tersinkronisasi karena sirkuit resonansi, dengan Jupiter membuat tiga orbit mengelilingi Matahari, dan Saturnus dua. Semua planet terlibat dalam sinkronisasi ini, yang dihasilkan oleh dinamika cakram gas primer dan dinamika gravitasi planet-planet tersebut. "

Namun, di seluruh area pembentukan tata surya luar, termasuk zona yang terletak di luar orbit Uranus dan Neptunus saat ini, tata surya memiliki sejumlah besar planetesimal, badan kecil batu dan es dianggap sebagai blok bangunan planet dan pelopor asteroid, komet, dan satelit.

Disk planetesimal luar mulai mengganggu keseimbangan gravitasi sistem. Resonansi pecah setelah fase gas, dan sistem memasuki periode kekacauan di mana planet-planet raksasa berinteraksi dengan keras dan melemparkan materi ke ruang angkasa.

"Pluto dan tetangganya yang sedingin es didorong ke sabuk Kuiper, di mana mereka sekarang, dan seluruh kelompok planet bermigrasi ke orbit yang lebih jauh dari Matahari," kata Ribeiro.

Sabuk Kuiper, keberadaan yang diusulkan pada tahun 1951 oleh astronom Belanda Gerard Kuiper dan kemudian dikonfirmasi oleh pengamatan astronomi, adalah struktur toroidal yang terdiri dari ribuan benda kecil yang mengorbit Matahari.

Keragaman orbitnya tidak diamati di bagian lain dari tata surya. Tepi dalam sabuk Kuiper dimulai di orbit Neptunus sekitar 30 unit astronomi dari Matahari. Tepi luar sekitar 50 unit astronomi dari matahari. Satu A.E. sama dengan jarak dari bumi ke matahari.

Kembali ke pelanggaran sinkronisasi dan permulaan tahap kacau, timbul pertanyaan, kapan ini terjadi - sangat awal dalam kehidupan tata surya, ketika usianya 100 juta tahun atau kurang, atau jauh kemudian, mungkin sekitar 700 juta tahun setelah pembentukan planet-planet?

"Sampai baru-baru ini, hipotesis tentang ketidakstabilan akhir berlaku," kata Ribeiro. —Kencan batu bulan yang dibawa oleh astronot Apollo menunjukkan bahwa mereka diciptakan oleh asteroid dan komet yang menabrak permukaan bulan pada saat yang sama. Bencana alam ini dikenal sebagai "pemboman berat akhir" di bulan. Jika ini terjadi di bulan, maka itu mungkin juga terjadi di Bumi dan planet lain di tata surya. Karena sejumlah besar materi dalam bentuk asteroid dan komet diproyeksikan ke segala arah di tata surya selama periode ketidakstabilan planet, disimpulkan dari batu bulan bahwa periode kacau ini terlambat, tetapi dalam beberapa tahun terakhir gagasan "pemboman akhir" bulan telah hilang dari mode. "

Menurut Ribeiro, jika terjadi malapetaka yang terlambat, itu akan menghancurkan Bumi dan planet-planet dekat Bumi lainnya, atau paling tidak menimbulkan gangguan yang akan menempatkan mereka dalam orbit yang sangat berbeda dari yang kita amati sekarang.

Selain itu, ditemukan bahwa batu bulan yang dibawa oleh astronot Apollo ditembak dengan satu pukulan. Jika mereka muncul pada akhir ketidakstabilan planet raksasa, maka akan ada bukti beberapa tabrakan, mengingat hamburan planetesimal oleh planet raksasa.

“Titik awal untuk penelitian kami adalah gagasan bahwa ketidakstabilan harus diberi tanggal secara dinamis. Ketidakstabilan dapat terjadi kemudian jika ada jarak yang relatif besar antara tepi bagian dalam piringan planetesimal dan orbit Neptunus ketika gasnya habis. Jarak yang relatif besar ini tidak dapat diterima dalam simulasi kami, ”kata Ribeiro.

Argumen ini didasarkan pada asumsi sederhana: semakin kecil jarak antara Neptunus dan cakram planetesimal, semakin kuat efek gravitasi, dan karenanya, semakin awal periode ketidakstabilan. Sebaliknya, ketidakstabilan di kemudian hari membutuhkan jarak yang lebih jauh.

“Kami pertama kali membuat model piringan planetesimal primer. Untuk melakukan ini, kami harus kembali ke formasi raksasa es Uranus dan Neptunus. Simulasi komputer berdasarkan model yang dibangun oleh Profesor Isidoro [Ferreira Da Costa] pada tahun 2015 menunjukkan bahwa pembentukan Uranus dan Neptunus mungkin terjadi pada inti planet dengan beberapa massa Bumi. Tabrakan besar-besaran dari SuperEarths ini menjelaskan, misalnya, mengapa Uranus berputar di sisinya, "kata Ribeiro, merujuk pada" kemiringan "Uranus, dengan kutub Utara dan Selatan yang terletak di sisi, dan tidak di atas dan di bawah.

Studi sebelumnya menunjukkan pentingnya jarak antara orbit Neptunus dan batas dalam cakram planetesimal, tetapi mereka menggunakan model di mana empat planet raksasa sudah terbentuk.

“Kebaruan dari studi terbaru ini adalah bahwa model tersebut tidak dimulai dengan planet yang sepenuhnya terbentuk. Sebaliknya, Uranus dan Neptunus masih dalam tahap pertumbuhan, dan dua atau tiga tabrakan dengan benda-benda yang beratnya hingga lima massa bumi adalah kekuatan pendorong di belakang pertumbuhan, ”kata Isidoro.

"Bayangkan sebuah situasi di mana Jupiter dan Saturnus terbentuk, tetapi alih-alih Uranus dan Neptunus, kita memiliki lima hingga sepuluh SuperEarths. Super-earth dipaksa oleh gas untuk menyinkronkan dengan Jupiter dan Saturnus, tetapi karena ada banyak dari mereka, sinkronisme mereka berfluktuasi, dan mereka akhirnya bertabrakan. Tabrakan mengurangi jumlah mereka, memungkinkan sinkronisasi. Pada akhirnya, Uranus dan Neptunus tetap ada. Sementara dua raksasa es terbentuk dalam gas, piringan planetesimal diserap. Sebagian dari masalah itu dikerahkan ke Uranus dan Neptunus, dan sebagian dipindahkan ke pinggiran tata surya. Dengan demikian, pertumbuhan Uranus dan Neptunus menentukan posisi batas dalam piringan planetesimal. Apa yang tersisa dari disk sekarang disebut sabuk Kuiper. Sabuk Kuiper pada dasarnya adalah peninggalan dari cakram planetesimal asli,yang dulunya jauh lebih masif. "

Model yang diusulkan konsisten dengan orbit planet-planet raksasa saat ini dan struktur yang diamati di sabuk Kuiper. Ini juga konsisten dengan pergerakan Trojan, sekelompok besar asteroid yang berbagi orbit Jupiter dan, tampaknya, ditangkap selama pelanggaran sinkronisasi.

Menurut sebuah artikel yang diterbitkan oleh Isidoro pada tahun 2017, Jupiter dan Saturnus masih dalam tahap pembentukan, dan pertumbuhan mereka berkontribusi pada perpindahan sabuk asteroid. Artikel terakhir adalah semacam kelanjutan, mulai dari tahap di mana Jupiter dan Saturnus sepenuhnya terbentuk, tetapi masih disinkronkan, dan menjelaskan evolusi tata surya sejak saat ini.

“Interaksi gravitasi antara planet-planet raksasa dan cakram planetesimal menyebabkan gangguan pada cakram gas, yang diperbanyak dalam bentuk gelombang. Gelombang menciptakan sistem planet yang kompak dan sinkron. Ketika gas berakhir, interaksi antara planet-planet dan piringan planetesimal mengganggu sinkronisasi dan menghasilkan fase kacau. Dengan mempertimbangkan semua ini, kami menemukan bahwa tidak ada kondisi untuk jarak antara orbit Neptunus dan batas dalam cakram planetesimal menjadi cukup besar untuk mendukung hipotesis ketidakstabilan yang terjadi belakangan. Ini adalah kontribusi utama dari penelitian kami, yang menunjukkan bahwa ketidakstabilan terjadi pada 100 juta tahun pertama dan mungkin telah terjadi, misalnya, sebelum pembentukan Bumi dan Bulan, ”kata Ribeiro.