Menurut hipotesis Great Maneuvering, suatu ketika dahulu Musytari melakukan perjalanan melalui sistem suria, menimbulkan kekacauan dengan daya tarikannya. Hipotesis ini masih belum diterima sepenuhnya oleh komuniti saintifik kerana kerumitannya, tetapi baru-baru ini, bukti baru telah memihak kepadanya.
Ahli astronomi yang diketuai oleh René Heller dari Universiti McMaster telah menyiarkan pratetak yang sesuai di arXiv.org, dan makalah itu sendiri telah diterima untuk diterbitkan dalam Astronomi & Astrofizik. Untuk lebih memahami mengapa saintis memerlukan hipotesis seperti itu, terdapat beberapa persoalan penting yang perlu ditangani terlebih dahulu.
Sistem yang tidak biasa
Sehingga baru-baru ini, struktur sistem suria tidak menimbulkan persoalan: tidak ada yang dapat dibandingkan dengannya. Benar, model pembentukan planet yang ada dari awan protoplanet tidak memberikan gambaran yang diamati oleh para astronom dalam praktiknya, tetapi ini disebabkan oleh ketidaksempurnaan model itu sendiri. Penemuan pertama eksoplanet pada tahun 90-an abad yang lalu tidak begitu mempengaruhi keadaan: sampelnya kecil, terdapat sedikit eksoplanet.
Pada tahun 2009, teleskop Kepler mulai beroperasi, tujuan utamanya adalah mencari eksoplanet. Sehingga 2015, NASA telah mendaftarkan lebih dari 4 ribu planet calon yang dilihat oleh kapal angkasa. Dan setelah seribu satu daripadanya, menjadi jelas bahawa sistem bintang kita jauh dari biasa.
Pertama, kita mempunyai empat planet seukuran Bumi dan kurang, dan bukan satu Bumi super - satu badan dengan radius 1,25-2,00 kali Bumi. Pada masa yang sama, dalam sistem bintang yang diperiksa oleh teleskop kita, bumi super, sebaliknya, satu setengah kali lebih besar daripada apa yang disebut "planet bersaiz Bumi".
Sebilangan besar dari 800 "planet darat" (kiri) sebenarnya mempunyai radius sedikit lebih besar daripada planet kita, dan secara massa melebihi dari 1.5 hingga 17 kali; Bumi, Venus, Marikh dan Merkuri jauh lebih ringan daripada planet pepejal khas sistem lain
Video promosi:
Petikan di sini tidak sengaja: kelas ini merangkumi semua badan dengan radius kurang dari 1.25 Bumi. Tetapi kebanyakannya lebih besar daripada planet kita dan jauh lebih berat daripadanya (sebagai contoh, Kepler-10c adalah 17 kali lebih besar daripada Bumi). Ada pengertian bahawa pengembangan sistem planet di sekitar Matahari berjalan dengan cara lain daripada sistem eksoplanet dengan bumi super.
Kedua, dalam kebanyakan sistem yang diketahui sekarang, gergasi gas jauh lebih dekat dengan bintang pusat daripada Musytari dan Saturnus kita. Kadang kala lebih hampir dengan Mercury. Raksasa tidak dapat muncul di tempat seperti itu - sinaran bintang akan menghalang planet terbentuk. Ini bermaksud, para saintis menyimpulkan, bahawa raksasa terbentuk jauh dari bintang, namun, kemudian mereka diperlahankan oleh zat yang tersisa dari cakera protoplanet, bergerak ke orbit lebih dekat.
Namun, dalam sistem kita, perlambatan, jika ada, mempunyai akibat yang sama sekali berbeza - planet raksasa masih terletak agak jauh dari Matahari.
Masa untuk berhijrah
Dan pada tahun 2010, kumpulan Kevin Walsh mengemukakan hipotesis yang menjelaskan ketiadaan bumi super dalam sistem suria dan jarak jauh dari gergasi gas oleh satu peristiwa yang sama - yang disebut Hipotesis Great Tack.
Menurut Walsh, ketika sistem suria berusia 1 hingga 10 juta tahun dan planet-planet darat belum terbentuk, Musytari berpindah dari orbit 3.5 unit astronomi (kira-kira 525 juta kilometer dari Matahari, satu unit astronomi sama dengan jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari) ke orbit 1.5 unit astronomi, di mana Mars sekarang. Di sana, planet raksasa berhenti, mungkin disebabkan oleh gravitasi Saturnus, yang bermigrasi setelah Musytari ke unit astronomi orbit 2 dari Matahari. Raksasa itu kemudian perlahan-lahan bergerak kembali sehingga ia kembali ke orbitnya yang kini terdiri dari 5 unit astronomi.
Sekiranya bukan kerana penghijrahan Musytari dan Saturnus, yang terbawa olehnya, ke Matahari dan kembali, kawasan dalaman Sistem Suria (di atas) akan kelihatan seperti ini sekarang (di bawah).
Hipotesis Great Maneuvering dengan tepat menjelaskan banyak ciri sistem suria yang sangat luar biasa. Musytari, dalam perjalanannya ke Matahari dan kembali, harus membersihkan tempat pembentukan planet bumi dari jisim gas dan debu "ekstra", sehingga mereka tidak berpeluang untuk menjadi bumi super. Pada masa yang sama, tempat-tempat di mana Marikh dan tali pinggang asteroid terbentuk paling banyak dipengaruhi oleh graviti planet raksasa, yang menyebabkan jisimnya sangat kecil (dan, dari sudut evolusi sistem suria, sedemikian).
Tetapi untuk semua daya tarik hipotesis, ia kelihatan agak rumit, itulah sebabnya mengapa banyak ahli astronomi masih meragui kebenarannya. Dalam karya baru itu, Rene Eller dan pengarang bersama memutuskan untuk menguji kesan apa yang dapat dilakukan oleh Great Maneuvering pada bulan Musytari. Idea mereka sederhana: perlu untuk mensimulasikan perkembangan sistem suria dengan dan tanpa manuver, dan kemudian membandingkan hasilnya. Sekiranya simulasi dengan manuver lebih mirip dengan kebenaran, ini bermaksud bahawa karya baru akan menjadi bukti hipotesis lain. Sekiranya tanpa manuver, maka jadilah itu - ini bermaksud bahawa hipotesis Musytari yang berhijrah terlalu eksotik.
Yang paling menarik untuk simulasi seperti itu adalah Ganymede dan Callisto, dua satelit besar Musytari, setengah air dan separuh pepejal. Kenyataannya adalah bahawa jika hipotesis manuver betul, maka kedua-dua badan ini harus terbentuk sebelum manuver sebenar: objek dengan sebilangan ais air tidak muncul di tempat-tempat yang lebih dekat dengan jarak tertentu dari Matahari. Menurut perhitungan pengarang, dengan mempertimbangkan pengaruh Musytari termuda dan cakera planetnya, Callisto dan Ganymede mungkin berasal tidak lebih dekat dari 4 unit astronomi dari Matahari.
Titan (di sudut kiri bawah) tidak jauh dari Bulan dalam ukuran dan graviti, tetapi di mana ia terbentuk terdapat lebih banyak unsur cahaya, oleh itu satelit yang relatif kecil mempunyai atmosfer nitrogen empat kali lebih padat dari Bumi.
Apa jenis jejak yang dapat ditinggalkan oleh Tacking yang hebat di satelit? Ini semua mengenai suasananya. Para pengarang karya itu berpindah dari anggapan bahawa atmosfer Titan bulan Saturnus, dan Callisto Jupiterian dan Ganymede yang sekarang atmosfera, pada awalnya serupa, begitu juga dengan massa dan zon pembentukannya.
Pada masa yang sama, anggaran model yang ada mengatakan bahawa atmosfer Titan, yang empat kali lebih padat dari Bumi, dapat hilang dengan graviti tidak lebih awal dari septillion tahun. Sekalipun untuk satelit Musytari, angka ini dikurangkan beberapa kali, suasana seperti itu tidak dapat hilang oleh mereka selama hayat sistem suria. Oleh itu, para saintis mencadangkan bahawa pemanasan satelit, yang disebabkan oleh daya tarikan graviti gas pasang surut, memainkan peranan penting dalam kehilangan atmosfera.
Pada waktu yang sama, pemodelan tanpa penekanan menunjukkan bahawa, walaupun medan gravitasi yang kuat, Musytari dapat memberikan pemanasan dan kehilangan shell gas hanya di satelit yang dekat dengan planet ini, seperti Io dan Europa. Tetapi Ganymede dan Callisto akan berada di belakang "garis salji" cakera dekat-Musytari utama dan tidak akan kehilangan atmosfer kerana pemanasan.
Nampaknya, Callisto kaya dengan unsur cahaya (seperti Titan), dan bahkan mempunyai lautan di bawah ais, tetapi ia tidak mempunyai suasana yang ketara.
Ketika para pengarang karya memperkenalkan ke dalam pemodelan mereka kesan Great Maneuvering, "meletakkan" Musytari dengan cakera pada 1.5 AU. dari Matahari, di mana ia akan menerima sekitar sepuluh kali lebih banyak sinaran matahari, keadaan telah berubah.
Menurut data moden, Matahari pada sejuta tahun pertama hidupnya memancarkan 100 hingga 10,000 kali lebih banyak sinar-X dan sinaran ultraviolet daripada yang dipancarkannya sekarang. Suatu badan dengan atmosfer nitrogen, seperti Bumi sekarang atau Titan, dalam keadaan seperti itu pasti kehilangan sampul gasnya. Faktanya adalah bahawa tenaga foton radiasi sedemikian jauh lebih tinggi daripada cahaya yang dapat dilihat, dan, setelah menyerapnya, zarah-zarah nitrogen harus cepat memperoleh kecepatan beberapa kilometer sesaat dan meninggalkan atmosfera. Menurut pengiraan penulis, dalam keadaan seperti itu, atmosfer nitrogen utama Bumi akan hilang hanya dalam beberapa juta tahun. Dan badan seperti Ganymede dan Callisto dalam orbit 1.5 AU. sepatutnya kehilangan suasana lebih pantas.
Kesimpulan ini membezakan model Great Maneuvering dengan anggapan bahawa orbit planet tetap tidak berubah. Dalam kerangka yang terakhir, sangat sukar untuk membayangkan bagaimana sebenarnya satelit Musytari dapat kehilangan atmosfer mereka tanpa kehilangan es air sepanjang perjalanan.
Titan mempunyai suasananya sendiri
Untuk menjelaskan mengapa, dalam keadaan ini, Titan tidak kehilangan suasananya, bersama dengan Saturnus pada 2 AU. dari Matahari, para penulis menggunakan data dari memodelkan cakera sari planet utama Saturnus. Menurutnya, Titan sebagai satelit tidak dapat terbentuk sebelum Great Maneuvering. Planet-planet Suria, seperti yang kita lihat dalam sistem eksoplanet, terbentuk pada kadar yang berbeza, dan ketika yang paling besar (Musytari) telah menyelesaikan proses ini, Saturnus belum "memperoleh" sekitar 10 persen jisimnya. Ini bererti bahawa pada masa Great Maneuvering, ia masih aktif menyerap bahan dari cakera planetnya. Dalam keadaan seperti itu, Titan, jika dia ada pada waktu itu, pasti akan jatuh ke Saturnus. Oleh itu, Eller menyimpulkan, pada hakikatnya, Titan dapat terbentuk hanya beberapa ratus ribu tahun setelah selesainya manuver.
Bagaimana Bumi mempunyai atmosfer nitrogen dalam keadaan seperti itu? Penulis menunjukkan bahawa, menurut sejumlah karya lain, di atmosfera utama Bumi dengan graviti yang signifikan terdapat banyak karbon dioksida, yang berinteraksi dengan foton bertenaga dengan cara yang sama sekali berbeza, dan setelah menyerapnya, ia dapat memancarkan semula tenaga yang diterima ke angkasa dengan berkesan, menyejukkan lapisan atas atmosfer Bumi ketika itu …
Ahli astronomi sampai pada kesimpulan bahawa dalam konfigurasi sistem suria sekarang, hampir mustahil untuk mengemukakan senario lain, di mana beberapa satelit planet raksasa memiliki atmosfer empat kali lebih padat dari Bumi, sementara yang lain sama sekali tidak memilikinya. Tetapi dalam kerangka hipotesis Great Maneuvering, kemunculan bulan-bulan Musytari dan Saturnus dapat dijelaskan dengan lebih berjaya daripada jika kita menganggap bahawa kedua planet ini tidak pernah berhijrah ke Matahari dan kembali.
Dan pada masa yang sama, hipotesis mempunyai banyak masalah yang tidak dapat diselesaikan. Yang penting adalah bahawa sangat sukar untuk mengesahkannya sepenuhnya. Terlalu banyak perubahan dalam sistem kami selama 4.5 bilion tahun yang lalu dan banyak faktor penting yang mempengaruhi tempoh awal sejarahnya dapat dipulihkan hanya secara tidak langsung. Ini bukan hanya mengenai kepantasan proses migrasi, yang sangat bergantung pada kepadatan awan protoplanet kuno yang tidak jelas sepenuhnya. Sejumlah model memaksa kita untuk menganggap bahawa dalam proses migrasi pada masa itu, raksasa gas dapat mengeluarkan satu atau dua planet besar dari sistem suria melalui interaksi graviti, dan dalam hal ini, badan yang kita amati mungkin tidak memberikan maklumat yang lengkap mengenai peristiwa masa lalu. Untuk pengesahan hipotesis yang lebih lengkap, diperlukan data pemerhatian yang lebih lengkap untuk Ganymede dan Callisto yang sama, yang diharapkan oleh kumpulan Eller dari kapal angkasa Eropah JUpiter ICy moons Explorer (JUICE), yang akan melakukan perjalanan ke bulan Musytari pada tahun 2022-2030.
Boris Alexandrov
