Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret
Csapásváltásból csapásmérés lett
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak
A Naprendszer keletkezésének nagyon korai időszakában a Naptól viszonylag távolabb már létrejött Jupiter kezdeti pályájáról letérve a belsőbb övezetek felé sodródott, ahol hatalmas romboló golyóként elpusztította az ott kialakult belső bolygók első generációját, majd a változó körülmények hatására ismét irányt váltott, és kifelé kezdett vándorolni, mígnem végül megállapodott jelenlegi stabil pályáján. Röviden így foglalható össze a Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) folyóiratban most megjelent tanulmányban ismertetett újabb elképzelés, amely amellett, hogy számos, e korai időszakkal kapcsolatos és máig megválaszolatlan kérdésre adhat választ, egyúttal arra is magyarázattal szolgálhat, miért különbözik Naprendszerünk sok jellegzetes vonása a más csillagok körül felfedezett bolygórendszerek egyre növekvő sokaságának tulajdonságaitól?
„Mostanra világossá vált, hogy Naprendszerünk számos tekintetben valóban különleges, afféle különc csodabogár, amely az exobolygórendszerek általánosnak tűnő vonásaitól erősen eltérő jellegzetességeket mutat. Ilyen például az anyacsillaghoz nagyon közel (esetünkben a Merkúr pályáján belül) keringő nagybolygók hiánya. Az exobolygórendszerek többségében ilyen extrém rövid keringési idejű pályán egy vagy több szuperföld jellegű bolygó található" — magyarázta Gregory Laughlin, a Kaliforniai Egyetem (Santa Cruz) csillagász- és asztrofizikus professzora, az új elképzelés egyik kiötlője.
A Cassini-űrszonda valós színezésű felvétele a Jupiterről.
A kis fekete folt a bolygó előtt áthaladó Európa hold árnyéka. KÉP: NASA/CASSINI
A cikkben bemutatott új modell nemcsak ezt a Nap közelében tátongó lyukat magyarázza meg, hanem a Föld és a belső övezet kőzetbolygóinak számos egyéb furcsa, más bolygórendszerekétől eltérő tulajdonságát is, köztük például e bolygók viszonylag kis tömegét, vagy légkörük szokatlan összetételét, illetve hiányát, amelyek azzal hozhatók összefüggésbe, hogy e második generációs bolygók már egy anyagában kiritkított, elszegényített övezetben jöttek létre.
Laughlin és szerzőtársa, Konstantin Batygín, a Kaliforniai Műszaki Egyetem (CalTech) bolygókutató és asztrofizikus professzora cikkükben olyan új forgatókönyvet vázolnak fel, amelyben központi szerepet kap a Jupiter és a Szaturnusz keletkezése, majd ezt követő befelé vándorlása a Naprendszer belső övezetébe, ennek további hatásai és következményei.
Az alapötlet nem új, még 2011-ben vetette fel egy másik csillagászcsoport a Nagy Csapásváltás (Grand Tack) néven ismert forgatókönyvet, amely szerint a befelé tartó Jupitert az időközben megszületett Szaturnusz is követte, majd sorozatos kölcsönhatásaik egy idő után olyan helyzetet teremtettek, melynek következtében visszafordultak és kifelé sodródva végül mostani pályájukon kötöttek ki. (Innen az elnevezés, amelyet a vitorlássportban a bóját megkerülő, a korábbival ellentétes irányra váltó manőverre használnak.) Laughlin és Batygin most ezt az elképzelést fejlesztették tovább, számítógépes szímulációs modellt dolgozva ki arra, milyen következményei lehettek a két óriásbolygó oda-vissza migrációjának a belső övezetben alakuló bolygókra.
A Kepler-felmérésben észlelt, Jupiternél kisebb tömegű exobolygók pályasugarainak eloszlása
a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars átlagos naptávolságához viszonyítva.
Láthatóan túlnyomó többségük a Merkúrnál is közelebb kering anyacsillagához.
(A különböző színek a bolygórendszerben ismert bolygók száma szerinti csoportosítást jelölik.)
KÉP: BATYGIN, LAUGHLIN, PNAS
Abból a feltételezésből indultak ki, hogy amikorra a Jupiter megszületett és elkezdett befelé sodródni, addigra a belső övezet sűrű por- és gázkorongjában is megindult már a vastag légkörrel és szilárd kőzetmaggal bíró bolygók csíráinak kialakulása, amelyek a legjobb úton haladtak afelé, hogy olyan szuperföldekké (a Földnél nagyobb, de a Neptunusznál kisebb tömegű kőzetbolygókká) fejlődjenek, amilyenek számos exobolygórendszerben megfigyelhetők. Ahogy azonban a Jupiter egyre beljebb sodródott, gravitációs perturbáló hatása megzavarta és kaotikussá tette az itt formálódó nagyobb bolygócsírák és kisbolygók mozgását, s ezáltal valóságos ütközési lavinát váltott ki közöttük, melynek hatására azok szanaszét töredeztek, a keletkezett törmelékek pedig egyre szűkülő sugarú spirál pályán végül a Napba zuhantak. A visszamaradt, de anyagában már jóval ritkább és szegényesebb anyagkorongból később létrejött a belső bolygók immár második generációja, a mai belső kőzetbolygók: a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars. Ezt a forgatókönyvet alátámasztja, hogy az utóbbiak valamennyien fiatalabbak a külső nagy bolygóknál (de legalábbis a Jupiternél és a Szaturnusznál), emellett az elvárhatónál kisebb tömegüket és ritkásabb, hidrogénben szegényebb légkörüket is magyarázza.
„Másfelől viszont ez azt is sugallja, hogy a Földhöz valóban hasonló, szilárd felszínű és mérsékelt légköri nyomású kőzetbolygók kivételesek és nem lehetnek túl gyakoriak" — mondta Laughlin.
Egy pillanatkép a számítógépes szimulációból. A befelé tartó Jupiter (pályáját a vastag fehér kör mutatja)
itt nagyjából 2,5 csillagászati egység távolságra van a Naptól. Gravitációs perturbáló hatása a belső övezet
hozzá közelebb eső bolygócsíráinak mozgását már megzavarta, excentrikussá, kaotikussá tette (türkiz),
miközben a legbelső övezet pályái (sárga) még zavartalanok, stabilak KÉP: K. BATYGIN/CALTECH
Az exobolygóvadászok által felfedezett más csillagok körüli bolygók száma mostanra már jócskán ezer fölött jár, s közel 500 olyan rendszert ismerünk, amelyekben egynél több bolygó van. Ekkora statisztikából már leszűrhető néhány általános következtetés. Például a „tipikus" bolygórendszerekben található egy vagy több szuperföld, amelyek azonban napjukhoz sokkal közelebbi pályán keringenek mint Naprendszerünkben a Merkúr. Amennyiben a Jupiternél nagyobb óriásbolygóik is vannak, azok is az anyacsillaghoz jóval közelebb esnek, mint nálunk a Jupiter. Laughlin szerint ez ismét csak a különleges körülményeknek tulajdonítható: az óriásbolygók többnyire a napjuktól távolabb jönnek létre, de aztán törvényszerűen beljebb sodródnak és végül egy kisebb periódusú pályán állapodnak meg. Nálunk viszont a Szaturnusz létrejötte megállította és visszafordulásra késztette a Jupitert — ennek az újabb ritka véletlennek köszönhető, hogy egy második lépcsőben a belső övezet kőzetbolygói mégis megszülethettek — még ha csenevészebb formában is, mint az elsőgenerációs szuperföldek.
Mint Laughlin szellemes, bár kissé nehezen lefordítható szójátékkal összegezte: munkájukból kiderült, hogy a Jupiter Nagy Csapásváltása (Grand Tack) a Naprendszer kezdeti belső övezetére végül is Nagy Csapásmérésnek (Grand Attack) bizonyult.
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyag-időszak
-----------------------------
Forrás: news.ucsc.edu/2015/03/wandering-jupiter.html
452 ■ Élet és Tudomány ■ 2015/15