https://frosthead.com

Hvordan Jupiter kan ha begav seg tidlig jord med vann

Når det gjelder de tidlige dagene av solsystemet vårt, har Jupiter et tvilsomt rykte. På noen måter tjente giganten som jordens beskytter, og dens tyngdekraft satte farlig avfall bort fra de steinete planetene. På samme tid kan Jupiter også ha kastet materiale innover, og krasjet hydrogenrike asteroider og planetariske embryoer, eller planetesimaler, til overfylte unge landlige planeter.

Relatert innhold

  • Jupiters lyn er mer jordlignende enn vi trodde
  • Hvordan en ung Jupiter fungerte som både beskytter og ødelegger

Nå antyder forskere at ved å gjøre det, kan Jupiter og andre gassgiganter ha bidratt med noe annet avgjørende for steinete verdener: vann.

De mest massive verdenene kan ha gjeter vannrikt rusk fra det ytre solsystemet for å falle på de steinete verdenene. Og ny forskning antyder levering av væsken, en sentral ingrediens i livet slik vi kjenner den, kanskje ikke har vært flaks. I stedet skal alle planetsystemer som er heldige nok til å være vert for en gassgigant i utkanten, automatisk ha vannrikt materiale som faller på sine steinete indre planeter.

Etter at gassgigantene har utviklet seg fullt ut, kan søppel de slynger innover være farlig. Men i løpet av en nøkkelfase av fødselen deres, kaster de hydrogenrikt materiale som slynger seg fast i jordskorpen og mantelen, og kommer senere ut for å binde seg til oksygen og bli vann.

"I dannelsesprosessen sender de denne store bunken med planetesim overalt, og noen bash inn i de terrestriske planetene, " sa Sean Raymond, en astronom som studerer hvordan planeter utvikler seg ved Frankrikes universitet i Bordeaux og leder forfatter av en studie publisert i tidsskriftet Icarus . Ved å modellere gassgiganters rolle i det tidlige solsystemet fant Raymond at gigantiske planeter av ulik størrelse uunngåelig kastet vannrikt materiale inn i det indre systemet, der steinete verdener potensielt kunne holde det som flytende vann på overflatene.

Vann er selvfølgelig en sentral ingrediens for utviklingen av livet slik vi kjenner det på jorden. Så når det gjelder jaktverdener utenfor solsystemet, er steinete verdener som er i stand til å være vert for den dyrebare væsken, antatt å være de beste jaktmarkene for utenomjordisk liv. Siden 1980-tallet har forskere kjempet for å finne ut hvordan vann ankom på jorden. I dag er karbonrike asteroider den ledende mistenkte.

I det unge solsystemet var kollisjoner hyppige og baner krysset hverandre, og de tidlige asteroidene ble fremdeles lett påvirket av nære møter med andre planeter, hvis tyngdekraft kastet dem mot steinete verdener. "Jeg synes det er en veldig interessant historie, og det er grunnleggende hvis du prøver å forstå hvordan du lager beboelige planeter, "sa astrokjemikeren Conel Alexander, som studerer primitive meteoritter fra disse asteroidene.

For rundt 4, 5 milliarder år siden fødte en sky av gass som ble igjen fra dannelsen av solen planetene. Gassen hang rundt i millioner av år, og påvirket planetenes bevegelse og deres bergrike komponenter. Stigende temperaturer gjorde at hydrogen, en byggestein for vann, ble fanget i is i de kaldere områdene av solsystemet, langt utenfor jordens rekkevidde.

Det virket som om planeten vår var bestemt til å være et tørt og karrig ødemark. Så hva skjedde?

'Et latterlig enkelt konsept'

De siste årene har modeller av solsystemet vårt vist at gassgigantene mest sannsynlig gjennomgikk en intrikat dans før de havnet på de nåværende stedene. Neptun og Uranus dannet seg trolig nærmere solen enn de er i dag. Etter hvert flyttet de utover og handlet steder underveis. Denne prosessen er kjent som Nice-modellen, og antas å ha ansporet Late Heavy Bombardment, en pigg med isete påvirkninger omtrent 600 millioner år etter at solsystemet ble dannet.

Saturn og Jupiter kan ha gjennomgått en enda mer opprivende reise, ved å pløye gjennom det unge asteroidebeltet på vei inn i det indre solsystemet før de snudde kursen og satte kursen utover. Underveis sendte de også asteroider som styrter mot jorden. Dette er kjent som Grand Tack-modellen, som Raymond hjalp til med å formulere i 2008.

Omkring den tiden ble Raymond først fascinert av hvordan Jupiter kan ha formet vannforsyning i det tidlige solsystemet. Men modelleringen hans ble støvet av et mindre programmeringsproblem som han ikke så ut til å riste. Det tok ankomsten av post-doktorgradsforsker Andre Izidoro, nesten et tiår senere, for å løse problemet.

"Izidoro fant en feil jeg hadde hatt i mange år på en halv time, " sier Raymond bedrøvet. "Jeg var veldig glad for at han fant det slik at vi faktisk kunne gjøre prosjektet."

Etter den nye modellen, når en gassgigant blir større og bruker mer materiale, destabiliserer dens økende tyngdekraft protoplaneter i nærheten. Dras av den fremdeles tilstedeværende tåkegassen påvirker hvordan ruskene beveger seg gjennom solsystemet, og sender en brøkdel av dem innover mot det indre solsystemet. Noe av dette materialet ble fanget i asteroidebeltet og befolket det med de karbonrike asteroider hvis vanninnhold er så likt jordens.

Opprinnelig, sier Raymond, var de karbonrike asteroidene spredt over en region som spente fra 5 til 20 ganger jord-solavstanden. "Det må ha dekket hele solsystemet, " sier han.

Men Alexander, som studerer karbonrike asteroider, mistenker at regionen var mindre, med de fleste av de mistenkte dannet seg rett utenfor Jupiters bane. Likevel synes han Raymond's modell gjør en god jobb med å forklare hvordan vannrikt materiale ble levert til Jorden, og kalte hypotesen "helt rimelig."

"Dette er den beste måten å få disse flyktige stoffene inn i den terrestriske planetformingsregionen, " sier Alexander.

Modellen etterlater flere spørsmål, som for eksempel hvorfor så lite av massen av det tidlige solsystemet er til stede i dag. "Det er en sentral del som må kobles sammen, " innrømmer Raymond.

Likevel sier han at modellen hjelper til med å fylle ut flere hull, inkludert hvorfor jordens vann samsvarer med sammensetningen av asteroider i det ytre beltet mer enn de tørrere asteroider i de indre beltene.

"Det er en latterlig enkel konsekvens av at Jupiter og Saturn vokste, " sier han.

Jakter vannrike verdener

Før Raymond modell trodde forskere at det var den uvanlige dansen til de ytre planetene som sendte vann inn i det indre solsystemet og holdt jorden fra en tørr fremtid. Hvis det var sant, ville det være dårlige nyheter for andre verdener, der gassgigantene kan ha forblitt veggblomster som aldri beveget seg langt fra der de startet.

Den nye modellen antyder at enhver gassgigant vil sende vått materiale som slynger seg innover som en konsekvens av dannelsen av dem. Mens massive Jupiter-store verdener var de mest effektive, fant Raymond at enhver stor gassgigant kunne utløse veksten. Det er gode nyheter for forskere som jakter vannrike planeter utenfor solsystemet vårt.

I vårt eget solsystem viser modellen at is fra det ytre solsystemet snød ned på jorden i tre bølger. Den første kom da Jupiter svulmet opp. Den andre ble utløst under Saturns dannelse. Og den tredje ville ha skjedd da Uranus og Neptune migrerte innover før de ble blokkert av de to andre og sendt tilbake til utkanten av solsystemet.

"Jeg synes det kuleste er at det i utgangspunktet innebærer for ethvert ekso-solsystem der du har gigantiske planeter og terrestriske planeter, de gigantiske planetene ville sendt vann innover til de terrestriske planetene, " sa David O'Brien, en forsker ved Planetary Science Institute som studerer planetdannelse og utviklingen av det tidlige solsystemet. "Det åpner for mange muligheter for beboelige planetundersøkelser."

Dessverre har vi foreløpig ikke mange lignende systemer å sammenligne med. De fleste av de kjente eksoplanetene er identifisert med NASAs Kepler-oppdrag, som O'Brien sa er mest følsom for planeter med baner som er mindre enn jordas og har vanskeligheter med å oppdage gassgiganter i det ytre systemet. Små steinete planeter er også mer utfordrende å observere. Det betyr ikke at de ikke er der - det betyr bare at vi ikke har sett dem enda.

Men hvis slike systemer eksisterer, antyder Raymond forskning at de steinete verdenene skal være rike med det vi anser som væsken i livet. "Hvis det er terrestriske planeter og gigantiske planeter, ga de gigantiske planetene sannsynligvis den jordiske planeten litt vann, " sier O'Brien.

Hvordan Jupiter kan ha begav seg tidlig jord med vann