Гигантските планети са потиснали растежа на Марс?

Векове наред астрономите и учените се стремят да разберат как се е образувала нашата Слънчева система. Оттогава една теория стана общоприета – обяснява как се е формирала Слънчевата система и разбира се, получава развитие с течение на времето. Това е Небуларната хипотеза.

Според нея, Слънцето и планетите са се образували от голям облак от прах и газ, ĸoйтo пoд влияниe нa гpaвитaциятa cи ce cвивa и oбpaзyвa звeздa. Oĸoлo нeя ĸpъжaт диcĸoвe oт oтлoмĸи, cъcтaвeни oт плaнeтeзимaли, ĸoитo пpeдcтaвлявaт ĸъcчeтa c диaмeтъp около 10 ĸм. Te ce cблъcĸвaт и cвъpзвaт, зa дa фopмиpaт „cтpoитeлния мaтepиaл“ нa плaнeтитe.

Нeбyлapнaта xипoтeзa е създадена още пpeди 250 гoдини и eĸcпepтитe paзчитaт ocнoвнo нa нeя и дo днec. Tя oбaчe, не може да даде отговор на няколко основни въпроси.

Aĸo Cлънцeтo и плaнeтитe ca ce paзвили oт зaвиxpeния oблaĸ oт гaз и пpax, тo тoй би тpябвaлo дa зaпoчнe дa ce въpти мнoгo бъpзo зapaди гpaвитaциятa cи. Peзyлтaтът щe e гpyпa плaнeти, ĸoитo пpидpyжaвaт eднa звeздa c виcoĸa cĸopocт нa въpтeнe. Cлънцeтo пpaви caмo eднa oбиĸoлĸa зa 28 дни, ĸaĸ e зaбaвилo дo тaĸaвa cтeпeн тeмпoтo си, чe дa пoддъpжa тoзи pитъм в мoмeнтa, тoвa cи ocтaвa виcящ въпpoc.

Най-общо, това е, което се смята, че е довело до създаването на Слънчевата система, каквато я познаваме днес. Освен въпроса за забавяне въртенето на планетите обаче, има и друг нерешен въпрос, който тази теория поставя: как Марс е станал такъв, какъвто е.

Защо например Червената планета е значително по-малка от Земята и непригодна за живота, както го познаваме, когато всички индикации показват, че тя трябва да бъде сравнима по размер с нашата планета?

Сравнение на размера на Земята и Марс. Фото кредит: NASA

Според ново изследване на международен екип от учени, миграцията на гигантските планети би могла да бъде онова, което е направило разликата.

В продължение на повече от десетилетие астрономите работят при допускането, че скоро след формирането на Слънчевата система ледовете на външната Слънчева система (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) започват да мигрират навън. Това е същността на модела Ница, който твърди, че тази миграция е имала дълбок ефект върху развитието на Слънчевата система и формирането на планетите.

Този модел е наречен на местоположението на Observatoire de la Côte d’Azur (в Ница, Франция), където първоначално е бил разработен. Той започва като еволюционен модел, който обяснява наблюдаваните разпределения на малки обекти, като комети и астероиди. Както Мат Климент от катедрата по физика и астрономия в Университета в Оклахома и един от авторите на модела обяснява пред изданието Universe Today:

„В модела, огромните планети (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) първоначално се оформят много по-близо до Слънцето. За да достигнат сегашните си орбитални местоположения, цялата слънчева система претърпява период на орбитална нестабилност. През този нестабилен период размерът и формата на орбитите на гигантската планета се променят бързо. “

Заради изследване, което наскоро беше публикувано в научното списание Icarus под заглавието „Растежът на Марс потиснат от ранна нестабилност на гигантските планетни „, екипът на Клемент разширява Модела на Ница.

Чрез поредица от динамични симулации те се опитват да покажат как по време на ранната Слънчева система растежът на Марс е бил спрян благодарение на орбиталните нестабилности на гигантските планети.

Цел на тяхното проучване е също така да се обърне внимание на един недостатък в Модела Ница, който не отговаря как скалистите планети биха могли да оцелеят при сериозно разтърсване на Слънчевата система. В оригиналната версия на модела на Ница нестабилността на гигантските планети се е появила няколкостотин милиона години след формирането на планетите, което съвпаднало с процес, при който вътрешната Слънчева система е била „бомбардирана“ от несъразмерно голям брой астероиди.

Този период се доказва от скока в броя на образуваните след удари от астероиди кратери на Луната със сходни геоложки дати, потвърден с изобилие от проби при мисиите на Аполо.

„Проблемът е, че за скалистите планети (Меркурий, Венера, Земята и Марс) е трудно да оцелеят при насилствената нестабилност, без да бъдат изхвърлени от Слънчевата система или да се сблъскат помежду си. Сега, когато имаме по-добри изображения с висока разделителна способност на лунните кратери и по-точни методи за запознаване с проби от Аполо, доказателствата за скок в скоростта на лунните кратери намаляват. Нашето изследване търси дали по-ранното преместване на нестабилността, докато вътрешните планети все още се оформят, може да им помогне да оцелеят в нестабилността и да обясни защо Марс е толкова по-малък в сравнение със Земята“.

Клемент заедно с Натан А. Кайб, професор по астрофизика в университета на Оклахома, Шон Н. Раймонд от университета в Бордо и Кевин Дж. Уолш от Югозападен изследователски институт, използват изчислителните ресурси на суперкомпютър в университета на Оклахома, както и проекта за суперкомпютър на Blue Waters, за да извършат 800 динамични симулации на Модела от Ница и да определят как ще се отрази това на Марс.

Тези симулации включват също и неотдавнашни геоложки доказателства от Марс и Земята, които показват, че периодът на формиране на Марс е бил само от около 1/10 от този за формиране на Земята. Това е довело до теорията, че Марс е изоставен като „блокиран планетарен ембрион“ по време на формирането на вътрешните планети на Слънцето. Както проф. Кайб обяснява пред изданието Universe Today, това изследване е предназначено да тества как Марс се е появил от планетарната формация като планетарен ембрион:

„Ние симулирахме „гигантската фаза на удара“ довел до формирането на скалистите планети в Слънчевата система (последния етап от процеса на формиране). В началото на тази фаза, вътрешната Слънчева система се е състояла от диск от около 100 планетарни ембриона с размери от тези на Луната до тези на Марс, вградени в море от много по-малки, многобройни скалисти обекти. В течение на 100-200 милиона години, телата съставляващи тази система, се сблъскват и се сливат в няколко (от 2 до 5) тела на скалисти планетарни масиви. Обикновено тези типове прости първоначални условия изграждат планети с подобни на Марс орбити, които обаче са с около 10 пъти по-голяма маса от Марс. Когато процесът на формиране на скалистите планети е прекъснат от нестабилността приета от Модела Ница, много от строителните блокове на планетата край Марс се изгубили или са поели към Слънцето. Това е ограничило растежа на планетите, подобни на Марс, и ги е доближило по-близо до нашата действителна вътрешна Слънчева система. “

Това, което откриват учените е, че тази ревизирана времева линия обяснява несъответствието между Марс и Земята. Накратко, Марс и Земята се различават значително по размер, маса и плътност, защото гигантските планети са станали нестабилни много по-рано в историята на Слънчевата система. В крайна сметка това позволило на Земята да се превърне в единствената скалиста планета в Слънчевата система поддържаща живот, а Марс да стане студеното и с тънка атмосфера място, което е днес.

Както проф. Кайб казва, това не е единственият модел за обяснение на несъответствията между Земята и Марс, но доказателствата са силни:

„Без тази нестабилност Марс вероятно щеше да има маса, по-близка до тази на Земята и щеше да бъде много различна планета, вероятно и много по-подобна на Земята, в сравнение с това, което е днес“, казва той. „Аз също трябва да кажа, че това не е единственият механизъм, способен да обясни по-ниската маса на Марс. Но вече знаем, че Моделът Ница върши чудесна работа да възпроизвежда много от функциите на външната Слънчева система и ако се приложи в точното време в историята на Слънчевата система, то също така може да обяснява и формирането на вътрешната Слънчева система“.

Това изследване би могло да има и положителни последици, когато става дума за изследване и на други звездни системи, извън нашата. Понастоящем моделът за това как планетите се формират и се развиват се основава на наученото от нашата собствена Слънчева система. Когато знаят повече за това, как газовите гиганти и скалистите планети в нашата Слънчева система са формирани и са поели по сегашните си орбити, учените ще могат да създадат по-изчерпателни модели за това как са се образували и планетите около други звезди.

Това определено би помогнало да се ограничи търсенето на планети, подобни на Земята, планети, които евентуално биха подкрепяли съществуването на живот.

Публикувано в изданието Universe Today.