Mjesec i njegove tamne mrlje. Kreditna slika: NASA. Klikni za veću sliku
Ljudi svake kulture bili su fascinirani tamnim mrljama na Mjesecu, koje izgledaju kao da predstavljaju lik zeca, žabe ili lice klauna. Pomoću misija Apollo, znanstvenici su otkrili da su ove osobine zapravo ogromni bazeni koji su preplavili sada učvršćenom lavom. Jedno iznenađenje je da su se ti bazeni formirali relativno kasno u povijesti ranog Sunčevog sustava - otprilike 700 milijuna godina nakon formiranja Zemlje i Mjeseca. Sada mnogi znanstvenici vjeruju da ti lunarni bazeni svjedoče o velikom naglom padu brzine bombardiranja planeta - zvanom kasno teško bombardiranje (LHB). Uzrok tako intenzivnog bombardiranja mnogi smatraju jednom od najbolje sačuvanih misterija povijesti Sunčevog sustava.
U nizu tri rada objavljena u ovotjednom broju časopisa Nature, međunarodni tim planetarnih znanstvenika, Rodney Gomes (Nacionalna opservatorija Brazila), Harold Levison (Southwest Research Institute, Sjedinjene Države), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ? te d'Azur, Francuska) i Kleomenis Tsiganis (OCA i Sveučilište u Solunu, Grčka) - okupljeni programom za posjetitelje koji je bio domaćin na Observatoire de la C'te d'Azur u Nici - predložili su model koji ne samo prirodno rješava misterija podrijetla LHB-a, ali objašnjava i mnoge promatrane karakteristike vanjskog planetarnog sustava.
Ovaj novi model predviđa da su četiri divovska planeta, Jupiter, Saturn, Uran i Neptun, formirana u vrlo kompaktnoj orbitalnoj konfiguraciji, koja je bila okružena diskom sitnih predmeta načinjenih od leda i stijena (poznatih kao "planetesimals"). Numeričke simulacije tima iz Nice pokazuju da su neki od ovih planeteimala polako iscurili iz diska uslijed gravitacijskih učinaka planeta. Planeti su raspršili ove manje predmete po Sunčevom sustavu, ponekad prema van, a ponekad prema unutra.
"Kao što nas je naučio Isaac Newton, za svako djelovanje postoji jednaka i suprotna reakcija", kaže Tsiganis. "Ako planeta izbaci planetarnu vrijednost iz Sunčevog sustava, planeta se pomiče prema Suncu, samo mali dio, s naknadom. Ako, s druge strane, planeta raspršuje planetemalni prema unutra, planeta skače malo dalje od Sunca. "
Numeričke simulacije pokazuju da se Jupiter u prosjeku kretao prema unutra, dok su se drugi divovski planeti kretali prema van.
U početku je to bio vrlo spor proces, koji su trebali milijunima godina da se planeti pokrenu u neznatnoj količini. Tada se, prema ovom novom modelu, nakon 700 milijuna godina, situacija naglo promijenila. U to vrijeme Saturn je migrirao kroz točku u kojoj je njegovo orbitalno razdoblje bilo točno dvostruko dulje od Jupiterove. Ova posebna orbitalna konfiguracija uzrokovala je da Jupiterove i Saturnove orbite odjednom postanu eliptičnije.
"To je uzrokovalo da orbita Urana i Neptuna pojede", kaže Gomes. "Njihove su orbite postale vrlo ekscentrične i počele su se gravitacijski raštrkati jedni od drugih - i Saturn isto."
Tim iz Niceje tvrdi da je ovaj razvoj Uranove i Neptunove orbite uzrokovao LHB na Mjesecu. Njihove računalne simulacije pokazuju da su ovi planeti vrlo brzo prodrli u planeteksalni disk, razbacujući predmete po cijelom planetarnom sustavu. Mnogi od tih predmeta ušli su u unutarnji sunčev sustav gdje su udarali o Zemlju i Mjesec. Pored toga, čitav proces je destabilizirao orbite asteroida, što bi tada također doprinijelo LHB-u. Napokon, gravitacijski učinci planetezimalnog diska uzrokovali su da se Uran i Neptun razvijaju na svoje trenutne orbite.
"To je vrlo uvjerljivo", kaže Levison. "Napravili smo nekoliko desetaka simulacija ovog procesa, a statistički su planete završile na orbitama vrlo sličnim onima koje vidimo, s ispravnim razdvajanjima, ekscentričnostima i nagibima. Dakle, pored LHB-a, možemo objasniti i orbite ogromnih planeta. Nijedan drugi model nikada prije nije postigao nijednu stvar. "
Međutim, trebalo je prevladati još jednu prepreku. Sunčev sustav trenutno sadrži populaciju asteroida koji u osnovi slijede istu orbitu kao Jupiter, ali vode ili slijede taj planet pod kutnom udaljenosti od otprilike 60 stupnjeva. Računalne simulacije pokazuju da bi ta tijela, poznata kao "trojanski asteroidi", izgubila kako se mijenjaju orbite divovskih planeta.
"Mjesecima smo sjedili i brinuli o ovom problemu, koji je izgleda poništio naš model," kaže Morbidelli, „dok nismo shvatili da ako ptica može pobjeći iz otvorenog kaveza, druga se može ugurati u nju."
Tim iz Nice utvrdio je da bi neki od samih objekata koji su pokretali planetarnu evoluciju i koji su uzrokovali LHB, također bili zarobljeni u orbiti trojanskih asteroida. U simulacijama se pokazalo da zarobljeni Trojanci reproduciraju orbitalnu raspodjelu promatranih Trojanaca, što je do sada bilo neobjašnjivo. Ukupna predviđena masa zarobljenih objekata bila je također u skladu s promatranom populacijom.
Uzeto ukupno, novi model Nice tima prirodno objašnjava orbite ogromnih planeta, trojanskih asteroida i LHB do neviđene točnosti. "Naš model objašnjava toliko mnogo stvari za koje vjerujemo da moraju biti u osnovi točne", kaže Mordibelli. "Struktura vanjskog Sunčevog sustava pokazuje da su planete vjerojatno protresene dobro nakon završetka procesa formiranja planeta."
Izvorni izvor: SWRI News Release
