Para saintis terus mengkaji sistem suria, dan kelihatan sangat menarik. Sebagai contoh, orbit planet moden menunjukkan petunjuk yang mengungkapkan keadaan keras dari asal sistem suria - dan, mungkin, adanya raksasa antarbintang yang sesat sejak dulu. Sistem suria kita seperti tempat kejadian yang berlaku 4.6 bilion tahun yang lalu.
Orbit moden menunjukkan petunjuk yang memperlihatkan keadaan keras dari asal sistem suria - dan kemungkinan adanya raksasa antara bintang yang sesat sejak dulu.
Sistem suria kita seperti tempat kejadian yang berlaku 4.6 bilion tahun yang lalu.
Permukaan yang dipenuhi dengan kawah, orbit planet yang dipindahkan dan awan serpihan antarplanet adalah analog kosmik percikan darah di dinding dan tanda tergelincir sebuah kereta yang meninggalkannya. Ini dan petunjuk lain menceritakan asal-usul kekacauan keluarga planet kita.
Tersembunyi di antara jejak kaki ini adalah petunjuk tentang saudara yang hilang, planet 9 (tidak, bukan Pluto), yang dibuang dalam tarikan gravitasi yang menyertai pembentukan asal sistem suria.
Pada masa kini, empat planet besar menguasai pinggiran sistem suria: Musytari, Zuhal, Uranus dan Neptunus. Di belakang mereka adalah Kuiper Belt - medan pecahan ais, di antaranya terdapat Pluto.
"Jangan berfikir bahawa pinggiran sistem suria selalu sama seperti sekarang," kata David Nesvorny, saintis planet di Southwest Research Institute di Boulder, Colorado, yang pertama kali bersuara tentang keberadaan planet buron pada tahun 2011. tahun.
Nesvorni adalah ahli sekumpulan saintis yang berusaha mengetahui bagaimana sistem suria berkembang dalam beberapa ratus juta tahun pertama kewujudannya. Dengan menggunakan model komputer yang canggih, para penyelidik menyusun kronologi pertembungan antara planet baru lahir yang saling berdekatan antara satu sama lain - mereka bergantian meluncur dan melompat dari satu orbit ke orbit yang lain. Model-model ini telah mendedahkan banyak perincian kecil tentang bagaimana planet, asteroid dan komet berputar mengelilingi matahari hari ini.
Video promosi:
Hanya ada satu masalah. Biasanya, senario simulasi berakhir dengan Uranus atau Neptunus dikeluarkan dari sistem suria, seperti yang ditulis Nesvorny pada bulan September dalam Kajian Tahunan Astronomi dan Astrofizik.
Oleh kerana pada hakikatnya Uranus dan Neptunus tetap berada di tempat mereka - kapal angkasa telah mengunjungi mereka berdua - sesuatu dalam senario ini tidak berjaya. Walau bagaimanapun, seperti yang disyaki oleh banyak penyelidik, pemain utama dalam misteri ini dan kaitan yang hilang dalam sejarah sistem suria mungkin merupakan planet gergasi kelima.
Planet yang hilang
Ahli astronomi bergantung pada model komputer untuk membuat semula pemandangan kuno ini, mencipta ribuan sistem suria yang berbeza dengan ribuan cara yang berbeza. Mereka menerjemahkan undang-undang fizik dan apa sahaja kedudukan planet awal yang dapat mereka fikirkan menjadi kod program. Penyelidik menetapkan parameter - satu planet di sini, sekumpulan asteroid di sana - dan kemudian bersandar di kerusinya dan membiarkan persekitaran yang disimulasikan melakukan semua pekerjaan untuknya. Setelah beberapa minggu dalam masa nyata - berjuta-juta tahun dalam model itu - ahli astronomi memeriksa hasilnya untuk melihat apa yang berlaku pada sistem suria. Semakin dekat dengan kenyataan, semakin berjaya modelnya.
Inilah yang dilakukan oleh Nesvorni pada tahun 2009. Dia menyelami sistem suria maya dalam usaha menyelamatkan Uranus maya dan Neptunus maya dari jalan maya mereka di ruang dalam.
Masalahnya adalah Musytari, planet hooligan raksasa yang gravitasi dapat mencapai cukup jauh untuk didorong oleh planet-planet yang lebih kecil dan berbagai puing-puing. Dalam simulasi yang paling berjaya setakat ini, Musytari dan salah satu daripada dua planet luar saling melantun dan akhirnya memasuki orbit mereka sekarang. Tetapi ini berlaku hanya dalam satu peratus daripada semua model. Dalam 99% kes yang tersisa, Musytari melemparkan Uranus atau Neptunus dengan begitu keras sehingga mereka meninggalkan sistem suria dan tidak pernah kembali ke sana.
"Ini membuat keadaan sangat misteri, kerana kami tahu bahawa Uranus dan Neptunus terus ada dalam bentuk mereka sekarang," kata Nesvorni. Oleh itu, dia terus bereksperimen. Setelah setahun mensimulasikan pelbagai senario yang berbeza, dia mulai memikirkan untuk menambahkan planet syahid - planet tambahan dikorbankan untuk menyelamatkan yang lain.
"Saya hanya meniru keberadaan mereka untuk melihat apa yang terjadi, dan bukan kerana saya serius dengan idea itu sendiri," kata Nesvorni. "Tetapi kemudian saya menyedari bahawa mungkin ada butir yang masuk akal di dalamnya." Dia menjalankan kira-kira 10,000 senario, mengubah jumlah planet tambahan, lokasi asalnya dan jisim masing-masing.
Pilihan terbaik, yang paling tepat meramalkan keadaan sistem suria kita sekarang, ternyata menjadi pilihan di mana planet tambahan berada di antara orbit asal Saturnus dan Uranus. Dari segi jisim, planet ini kira-kira sama dengan Uranus dan Neptunus, dan hampir 16 kali lebih besar daripada Bumi. Ini adalah planet yang dapat bertabrakan dengan orbit Musytari dan terbang keluar dari sistem suria.
Grafik menunjukkan bagaimana jarak antara planet dan matahari berubah dari masa ke masa. Beberapa juta tahun pertama dalam model komputer, orbit berubah perlahan, kemudian ada hubungan rapat antara Saturnus (hijau) dan planet tambahan (ungu), yang menyebabkan ketidakstabilan orbit. Garis putus-putus menunjukkan ukuran orbit semasa. (Sumber: diambil dari bahan D. Nesvorny / bahagian astronomi dan astrofizik majalah Knowable, 2018.)
Peluang masih kecil. Pada model-model berikutnya, penjajaran ini berakhir dengan kejayaan dalam kira-kira lima peratus masa. "Keberadaan sistem suria dalam bentuknya sekarang tidak tipikal atau tidak dapat diramalkan," kata Nesvorny pada tahun 2012 dalam makalah yang ditulis bersama rakannya Alessandro Morbidelli dari Observatorium Riviera Perancis. Walaupun begitu, model ini merupakan peningkatan yang signifikan berbanding kadar kejayaan 1% untuk model-model yang hanya merangkumi empat planet raksasa yang kita kenal dan sukai hari ini.
"Dengan mengandaikan planet kelima menjadikannya lebih mudah untuk menjelaskan apa yang berlaku," kata Sean Raymond, saintis planet di University of Bordeaux di Perancis. Dan walaupun buktinya sebagian besar bersifat tidak langsung, "jauh lebih logik jika kita menganggap bahawa ada juga planet kelima."
Ini mungkin kelihatan seperti anggapan yang sangat kontroversial. Bagaimana ahli astronomi dapat mengetahui apa-apa mengenai apa yang berlaku empat bilion tahun yang lalu, walaupun dengan planet-planet yang dapat kita amati sekarang, apalagi yang tidak kita ketahui? Namun, ternyata planet-planet tersebut telah meninggalkan banyak bekas luka pertempuran sebagai bukti para detektif masa depan.
Penyebaran Darah Antarplanet
"Kami lebih yakin bahawa planet-planet itu tidak berasal dari tempat mereka sekarang," kata Nathan Keib, seorang saintis planet di University of Oklahoma di Norman.
Namun, kesedaran ini berlaku baru-baru ini. Bagi sebahagian besar sejarah, para ahli nujum tidak ragu-ragu bahawa planet-planet selalu berada di orbitnya sekarang. Tetapi pada awal tahun 1990-an, para penyelidik menyedari bahawa ada sesuatu yang hilang dari model seperti itu.
Neptune dan Triton.
Tepat di luar orbit Neptunus terdapat tali pinggang Kuiper, serpihan serpihan ais yang mengelilingi matahari. "Ini adalah percikan darah kita di dinding," kata Konstantin Batygin, seorang saintis planet di California Institute of Technology.
Lokasi objek tali pinggang Kuiper menyebabkan para penyelidik membuat kesimpulan yang tidak dapat dielakkan: Neptunus seharusnya terbentuk lebih dekat dengan Matahari daripada yang ditunjukkan oleh lokasinya sekarang. Banyak objek Sabuk Kuiper berkumpul dalam orbit sepusat yang samar-samar menyerupai alur pada rakaman muzik. Orbit ini hampir tidak rawak - ia secara langsung berkaitan dengan Neptunus.
Sebagai contoh, Pluto adalah penghuni tali pinggang Kuiper yang paling terkenal. Dia dan beberapa ratus rakan pengembara yang diketahui oleh kami membuat dua revolusi tepat di sekitar Matahari dalam tiga yang dilakukan Neptunus dalam tempoh yang sama. Aliran serpihan lain di tali pinggang menjadikan satu revolusi lengkap untuk setiap dua yang Neptune selesaikan - atau lebih tepatnya, empat untuk setiap tujuh.
Kuiper Belt tidak dapat dibuat dengan cara ini tanpa pengaruh luaran. Walau bagaimanapun, jika kita menganggap bahawa Neptunus muncul lebih dekat ke Matahari dan kemudian bergerak ke luar, kekuatan gravitasi akan cukup kuat untuk menangkap serpihan antarplanet di jaringnya dan mengirimkannya ke orbit yang tidak biasa ini.
Model ini menunjukkan bagaimana susunan dekat planet luar (gambar di sebelah kiri) dapat berubah dari masa ke masa. Orbit Musytari dan Saturnus menyatu (gambar tengah), yang membawa kepada perubahan pada semua orbit lain. Khususnya dalam model ini, Uranus dan Neptune ditukar. Beberapa ketika kemudian, (gambar di sebelah kanan) serpihan ruang tersebar - sebahagiannya terbentuk di tali pinggang Kuiper, sementara planet-planet mula bergerak menuju orbitnya sekarang. (Sumber: diadaptasi dari Astromark / Wikimedia Commons.)
Ini bertepatan dengan ramalan beberapa model yang diperoleh satu dekad sebelumnya.
Pembentukan planet-planet meninggalkan serpihan serpihan yang tersebar di seluruh sistem suria. Sebarang serpihan yang terlalu dekat dengan Neptunus pasti akan berada di bawah pengaruh graviti. Oleh kerana setiap tindakan diikuti oleh kekuatan penentangan yang sama, setiap kali Neptune mendorong pecahan, dia sendiri bergerak ke arah yang berlawanan. Perlahan tapi pasti, Neptunus menjauh dari matahari.
Proses penghijrahan Neptunus juga berlaku untuk planet gergasi lain. Bagaimanapun, Musytari, Saturnus dan Uranus berjalan melalui bidang serpihan yang sama dan menangani interaksi graviti yang serupa. Dan jika Neptune berpindah ke tempat baru, perkara yang sama seharusnya berlaku dengan semua planet gergasi yang lain.
Dan proses ini jelas tidak berjalan lancar.
Perlanggaran berterusan dengan semua serpihan ini seharusnya menjadikan orbit planet raksasa menjadi bulatan langsing yang sempurna - sama seperti tanah liat di roda tembikar yang dilicinkan oleh tangan tembikar yang tegas. Namun, orbit ternyata sangat berbeza. Sebaliknya, planet gergasi bergerak di orbit yang sedikit memanjang dan memutarbelitkan. Seolah-olah seseorang memukul roda, membentuk semula periuk yang sekali bulat.
Musytari Melompat
Menjelang tahun 2005, penyelidik telah mengenal pasti pelakunya. Model baru menunjukkan bahawa pada suatu ketika planet-planet raksasa melalui apa yang para saintis sebut sebagai "ketidakstabilan dinamik." Dengan kata lain, selama kira-kira sejuta tahun, semuanya berubah menjadi angin puyuh yang gila. Sebab yang paling mungkin untuk ini sepertinya adalah rentetan pertembungan antara Saturnus dan Uranus, atau Neptunus - iaitu, salah satu raksasa ais - yang menghantar salah satu dari mereka secara langsung ke Musytari. Sebaik sahaja planet yang hilang menghampiri, graviti menarik Jupiter, memperlahankannya dan mendorongnya ke orbit yang lebih sempit. Walau bagaimanapun, Musytari menarik planet menyerang dengan kekuatan yang tidak kurang. Raksasa ais, menjadi lebih ringan, memecut lebih jauh daripada Musytari melambat dan menjauh dari matahari.
Kejadian seperti itu akan menjadi pogrom graviti bagi sistem suria. Musytari melompat lebih jauh ke dalam, sementara planet luar yang lain melompat ke luar. Dorongan seperti itu akan membengkokkan orbit planet gergasi ke keadaan semasa. Di samping itu, ia akan menyelamatkan sistem suria dalaman - Mercury, Venus, Earth, Mars, dan sabuk asteroid - dari graviti dari Musytari dan Saturnus, yang merupakan masalah lain pada model terawal.
Yang membawa kita ke penyingkiran Uranus atau Neptunus dari sistem. Pada tahap simulasi inilah Musytari paling sering membuang salah satu raksasa ais itu.
Inilah masalah yang cuba diselesaikan oleh Nesvorny tanpa memecahkan semua perkara lain dalam simulasi yang berjaya. Raksasa ais tambahan mengambil tekanan dari Musytari, memberikan senario lain keupayaan untuk terungkap tanpa halangan.
"Ini cukup masuk akal," kata Batygin. "Sama sekali bukan fakta bahawa selalu ada dua raksasa ais dan bukannya tiga." Sebaliknya, katanya, beberapa pengiraan memungkinkan adanya asal hingga lima planet seperti Neptunus.
Batygin dan rakan-rakannya menyiasat masalah ini selari dengan Nesvorni, walaupun dengan alasan yang berbeza. "Saya ingin menunjukkan bahawa tidak mungkin ada planet gergasi tambahan," kata Nesvorni.
Titik Merah Besar Musytari. Foto diambil oleh Voyager 1.
Dia beralasan bahawa ketika keluar dari sistem suria, planet yang berpura-pura ini pasti meninggalkan jejak sana-sini di tali pinggang Kuiper, di daerah yang dikenal sebagai "tali pinggang klasik sejuk." Sekiranya tali pinggang Kuiper adalah donat, Batygin meneruskan, tali pinggang klasik sejuk akan menjadi pengisi coklatnya - sekumpulan objek yang orbitnya berada hampir dalam satah yang sama di dalam tali pinggang Kuiper. Planet yang lewat seharusnya mengganggu orbit ini - sekurang-kurangnya, sehingga Batygin dan rakan-rakannya percaya.
Model komputer mereka menunjukkan bahawa tidak seperti ini berlaku. Yang mengejutkan mereka, planet yang diasingkan tidak akan memusnahkan tali pinggang klasik yang sejuk ketika keluar. Ini tidak membuktikan keberadaan planet ini - hasil yang diperoleh hanya menunjukkan bahawa sistem suria dapat wujud dalam bentuknya sekarang, baik dengan itu dan tanpanya. Mungkinkah planet ini meninggalkan jejak yang lebih jelas? Atau, kembali ke analogi tempat kejadian, adakah jejak tergelincir? Nesvorni berpendapat bahawa jejak seperti itu dapat kekal.
Inti kebenaran
Terdapat bahagian lain dari tali pinggang Kuiper - aliran serpihan es yang sempit yang disebut inti, yang orbitnya tidak sesuai dengan kedudukan Neptunus sekarang. Asalnya adalah misteri. Pada tahun 2015, Nesvorni berpendapat bahawa, mungkin, sebab segalanya mungkin adalah pergerakan Neptunus dari Matahari, yang diprovokasi oleh planet yang sudah berlalu.
Ketika Neptune bergerak ke orbit terakhirnya dan menyapu puing-puing ke orbit yang selaras dengan orbitnya sendiri, pada suatu ketika, mungkin terdedah yang melepaskan serpihan ini cukup untuk membentuk alirannya sendiri.
Model telah menunjukkan bahawa kesan gravitasi yang sama yang dapat menyebabkan Musytari melompat dari orbit ke orbit dan mendorong planet ekstra keluar dari sistem suria, mungkin juga terjadi pada waktu yang tepat untuk mendorong Neptune juga.
"Hasilnya adalah seperti kernel," kata Nesvorni. "Ini bukti langsung … itu tidak konklusif."
Sebenarnya, kita tidak akan pernah mengetahui dengan pasti apa yang berlaku dalam sistem suria semasa pembentukannya. "Kami tidak dapat menulis Alkitab tentang sistem suria," kata Batygin. "Kami hanya dapat membincangkan peristiwa ini secara umum."
Sekiranya salah satu penghuni sistem suria memang diusir dari sempadannya, dia berada dalam keadaan baik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, para astronom telah menemui beberapa planet jahat yang melayang di antara bintang-bintang, yang, kemungkinan besar, juga dibuang dari kediaman mereka. Memproyeksikan hasil penemuan ini ke galaksi yang lain, "ada lebih banyak planet terbang bebas berukuran Musytari daripada bintang," kata Nesvorni.
Ini mungkin berlebihan - menurut perkiraan baru-baru ini, hanya ada satu planet mirip Musytari untuk setiap empat bintang - tetapi masih berbilion dunia perayauan. Dan ini hanya ukuran yang setanding dengan Musytari. Orang buangan kami mungkin lebih kecil - kira-kira saiz Neptunus; dan kita tidak tahu berapa banyak badan yang berkeliaran di galaksi. Tetapi kita tahu bahawa Alam Semesta cenderung menyukai badan kecil daripada yang besar.
"Saya yakin ada banyak dari mereka," kata Nesvorni. Antara lain, ahli astronomi telah menemui ribuan sistem bintang di Bima Sakti, dan banyak di antaranya menunjukkan tanda-tanda perlanggaran pada skala yang jauh lebih besar daripada yang dibincangkan di atas. "Sungguh menakjubkan," kata Nesvorni, "bagaimana sistem suria tetap tersusun."
Christopher Crockett
