Når det kommer til de tidlige dage af vores solsystem, har Jupiter et tvivlsomt ry. På nogle måder tjente giganten som jordens beskytter, idet dens tyngdekraft satte farligt affald væk fra de klippefulde planeter. På samme tid kan Jupiter også have kastet materiale indad og styrtet brintrige asteroider og planetariske embryoner eller planetesimaler ind i overfyldte unge jordiske planeter.
Relateret indhold
- Jupiters Lyn er mere jordlignende end vi troede
- Hvordan en ung Jupiter optrådte som både beskytter og ødelæggende
Nu antyder forskere, at ved at gøre det, kan Jupiter og andre gasgiganter have bidraget med noget andet, der er afgørende for klippeværdige verdener: vand.
De mest massive verdener kan have hyrdet vandrig snavs fra det ydre solsystem til at falde på de klippede verdener. Og ny forskning antyder, at væsken leveres, en vigtig ingrediens i livet, som vi kender det, måske ikke har været held. I stedet skal alle planetariske systemer, der er heldige nok til at være vært for en gasgigant i deres udkant, automatisk have vandrigt materiale, der falder på deres klippefyldte indre planeter.
Når gasgiganterne er fuldt udviklet, kan affaldet, de kaster indad, være farligt. Men i en nøglefase af deres fødsel kaster de brintrigt materiale, der snor sig fast i Jordens skorpe og kappe, der senere kommer frem til at binde sig med ilt og blive vand.
"I dannelsesprocessen sender de denne store bunke af planetesim overalt og nogle bash ind i de jordiske planeter, " sagde Sean Raymond, en astronom, der studerer, hvordan planeter udvikler sig ved det franske universitet i Bordeaux og hovedforfatter af en undersøgelse udgivet i tidsskriftet Icarus . Ved at modellere gasgiganters rolle i det tidlige solsystem fandt Raymond, at gigantiske planeter i forskellige størrelser uundgåeligt kastede vandrigt materiale ind i det indre system, hvor klodsede verdener potentielt kunne holde det som flydende vand på deres overflader.
Vand er naturligvis en nøgleingrediens i udviklingen af livet, som vi kender det på Jorden. Så når det kommer til jagtverdener ud over solsystemet, antages stenede verdener, der er i stand til at være vært for den dyrebare væske, at være de bedste jagtområder for udenjordisk liv. Siden 1980'erne har forskere kæmpet for at bestemme, hvordan vand ankom på Jorden. I dag er kulstofrige asteroider den førende mistænkte.
I det unge solsystem var kollisioner hyppige, og kredsløb krydsede hinanden, og de tidlige asteroider blev stadig let påvirket af nære møder med andre planeter, hvis tyngdekraft kastede dem mod stenede verdener. ”Jeg synes, det er en meget interessant historie, og det er grundlæggende, hvis du prøver at forstå, hvordan du fremstiller beboelige planeter, ”sagde astrokemikeren Conel Alexander, der studerer primitive meteoritter fra disse asteroider.
For omkring 4, 5 milliarder år siden fødte en sky af gas tilbage fra dannelsen af solen planeterne. Gassen hang rundt i millioner af år og havde indflydelse på planetenes bevægelse og deres stenrige komponenter. Stigende temperaturer betød, at brint, en byggesten til vand, blev fanget i is i de koldere regioner i solsystemet, langt uden for Jordens rækkevidde.
Det så ud til, at vores planet var bestemt til at være et tørt og golde ødemark. Hvad skete der?
'Et latterligt enkelt koncept'
I de senere år har modeller af vores solsystem vist, at gasgiganterne sandsynligvis gennemgik en kompliceret dans, før de endte på deres nuværende steder. Neptun og Uranus formedes sandsynligvis tættere på solen, end de er i dag. Til sidst flyttede de udad og handlede steder undervejs. Denne proces, der er kendt som Nice-modellen, antages at have ansporet den lette tunge bombardement, en spids af iskolde påvirkninger omkring 600 millioner år efter dannelsen af solsystemet.
Saturn og Jupiter har måske gennemgået en endnu mere opprivende rejse, pløjet gennem det unge asteroidebælte på vej ind i det indre solsystem, før de vendte kursen og kørte tilbage udad. Undervejs sendte de også asteroider, der styrtede ned mod Jorden. Dette er kendt som Grand Tack-modellen, som Raymond var med til at formulere i 2008.
Omkring den tid blev Raymond først fascineret af, hvordan Jupiter kan have formet vandforsyning i det tidlige solsystem. Men hans modellering var underbygget af et mindre programmeringsproblem, som han ikke så ud til at ryste. Det tog ankomsten af den postdoktorale forsker Andre Izidoro, næsten et årti senere, for at løse problemet.
"Izidoro fandt en fejl, jeg havde haft i årevis på en halv time, " siger Raymond bedrøvet. "Jeg var virkelig glad for, at han fandt det, så vi faktisk kunne gøre projektet."
Efter den nye model, når en gasgigant bliver større og bruger mere materiale, destabiliserer dens stigende tyngdekraft nærliggende protoplaneter. Trækningen af den stadig tilstedeværende tåge gas påvirker, hvordan affaldet bevæger sig gennem solsystemet og sender en brøkdel af dem indad mod det indre solsystem. Noget af dette materiale blev fanget i asteroidebæltet og befolket det med de kulstofrige asteroider, hvis vandindhold svarer til Jordens.
Oprindeligt, siger Raymond, blev de kulstofrige asteroider spredt over en region, der spænder fra 5 til 20 gange Jord-solafstanden. ”Det må have dækket hele solsystemet, ” siger han.
Men Alexander, der studerer kulstofrige asteroider, mistænker, at regionen var mindre, med de fleste af de mistænkte dannet lige uden for Jupiters bane. Han synes alligevel, at Raymond's model gør et godt stykke arbejde med at forklare, hvordan vandrig materiale blev leveret til Jorden, idet han kaldte hypotesen "helt rimelig."
"Dette er den bedste måde at få disse flygtige stoffer ind i den jordbaserede planetdannende region, " siger Alexander.
Modellen lader flere spørgsmål hænge, såsom hvorfor så lidt af massen i det tidlige solsystem er til stede i dag. "Det er en vigtig del, der skal forbindes, " indrømmer Raymond.
Stadig siger han, at modellen hjælper med at udfylde flere huller, herunder hvorfor Jordens vand matcher sammensætningen af asteroider i det ydre bælte mere end de tørre asteroider i de indre bælter.
"Det er en latterligt enkel konsekvens af, at Jupiter og Saturn vokser, " siger han.
Jagt vandrige verdener
Før Raymond's model troede forskerne, at det var den usædvanlige dans på de ydre planeter, der sendte vand ind i det indre solsystem og holdt Jorden fra en tør fremtid. Hvis det var sandt, ville det være dårlige nyheder for andre verdener, hvor gasgiganterne måske forblev vægblomster, der aldrig flyttede sig langt fra hvor de startede.
Den nye model antyder, at enhver gasgigant ville sende vådt materiale, der kaster sig indad som en konsekvens af deres dannelse. Mens massive Jupiter-store verdener var de mest effektive, fandt Raymond, at enhver størrelse gasgigant kunne udløse væksten. Det er gode nyheder for forskere, der jager vandagtige planeter uden for vores solsystem.
I vores eget solsystem viser modellen, at is fra det ydre solsystem har sneet ned på jorden i tre bølger. Den første kom, da Jupiter svulmede op. Den anden blev udløst under Saturns dannelse. Og den tredje ville have fundet sted, når Uranus og Neptune vandrede indad, før de blev blokeret af de to andre og sendt tilbage til udkanten af solsystemet.
"Jeg synes, at det sejeste er, at det dybest set indebærer for ethvert exo-solsystem, hvor du har kæmpe planeter og jordbaserede planeter, disse kæmpe planeter ville sende vand indad til de jordiske planeter, " sagde David O'Brien, en forsker på Planetariet Science Institute, der studerer planetdannelse og udviklingen af det tidlige solsystem. "Det åbner for mange muligheder for beboelige planetundersøgelser."
Desværre har vi indtil videre ikke mange lignende systemer at sammenligne med. De fleste af de kendte exoplaneter er identificeret med NASAs Kepler-mission, som O'Brien sagde er mest følsom overfor planeter med baner, der er mindre end Jordens, og har svært ved at registrere gasgiganter i det ydre system. Små stenede planeter er også mere udfordrende at observere. Det betyder ikke, at de ikke er der - det betyder bare, at vi ikke har set dem endnu.
Men hvis sådanne systemer findes, antyder Raymond's forskning, at de stenede verdener skal være rige med hvad vi betragter som væske i livet. "Hvis der er jordiske planeter og gigantiske planeter, gav de gigantiske planeter sandsynligvis den jordiske planet noget vand, " siger O'Brien.
