Юпитер съел несколько планетезималей
-
Открытие разрешает давние споры о формировании газового гиганта.
Учёные обнаружили, что внутренности Юпитера полны останков маленьких планет, которые газовый гигант поглощал по мере своего роста и расширения. Отчасти благодаря этому "каннибал" и дорос до размеров, которые мы видим сегодня.
Данные выводы учёные сделали, получив первое чёткое представление о химическом составе облачной внешней атмосферы пятой планеты Солнечной системы.
Несмотря на то, что Юпитер является самой большой планетой в Солнечной системе, мы мало что знаем о его внутренностях. Телескопы и космические аппараты сделали тысячи снимков закручивающихся вихревых облаков в верхних слоях атмосферы Юпитера, но эти штормы также блокируют для нас возможность заглянуть в глубины газового гиганта.
Астрофизик Ямила Мигель, астрофизик из Лейденского университета в Нидерландах, рассказывает: "Юпитер был одной из первых планет, сформировавшихся в Солнечной системе. Это произошло в первые несколько миллионов лет после того, как родилась сама Солнечная система. Однако мы почти ничего не знаем о том, как образовался Юпитер".
Вырастить гиганта
В ходе нового исследования учёные, наконец, смогли заглянуть под облачный покров Юпитера. Для этого они проанализировали гравитационные данные, собранные космическим зондом НАСА Juno.
Исследователи составили карту каменистого материала в ядре планеты-гиганта и оказалось, что оно содержит на удивление много тяжёлых химических элементов.
Это указывает на то, что Юпитер "пожирал" молодые планеты, или планетезимали.
То есть это сегодня Юпитер представляет собой огромный шар из вращающегося газа, но он начинал со стягивания на себя каменистого материала — как и любая другая планета в Солнечной системе.
По мере того как гравитация молодой планеты притягивала к себе всё больше и больше камней из окружающего пространства, будущее ядро Юпитера становилось всё более плотным. Потом оно начало притягивать большие количества газа с дальних расстояний — в основном это были водород и гелий, оставшиеся после рождения Солнца. И вот тогда Юпитер оброс гигантской газовой атмосферой, которую мы наблюдаем сегодня.
Галька против планетезималей
На сегодняшний день в арсенале учёных две конкурирующие теории, объясняющие, как Юпитер собрал каменистый материал для ядра.
Первый вариант: Юпитер скопил миллиарды мелких космических камней, которые астрономы называют "галькой". Правда, по размеру они были больше похожи на огромные валуны.
Вторая теория гласит (и она подтверждается результатами нового исследования): ядро Юпитера было сформировано в результате поглощения множества планетезималей.
Так учёные называют объекты, имеющие в диаметре несколько километров и более. Если их не сшибать с их орбит, то они могут обрасти материалом, собранным извне, и сформировать более маленькие (если сравнивать с Юпитером) твёрдые планеты, такие как Земля или Марс.
До сих пор у учёных не было возможности узнать, какая из этих теорий верна. Ведь ядро "пощупать" нельзя. Сейсмометры, как на Земле или на Марсе, на нём тоже не расставишь (во всяком случае пока). Да и вообще из-за облаков, как мы помним, его нам даже не видно.
Заглянуть в недра
Чтобы добраться до сути, учёные построили компьютерные модели внутренностей Юпитера.
Данные, которые "скормили" моделям, были собраны зондом Juno и его предшественником Galileo. Аппараты измерили гравитационное поле планеты в разных точках на её орбите.
Тут стоит пояснить, что скальные породы, состоящие из более тяжёлых химических элементов, оказывают более сильное гравитационное воздействие на окружающее пространство, нежели газовая атмосфера. Поэтому по гравитационным данным можно понять, как устроено скрытое за облаками газа ядро.
"Зонд Juno предоставил очень точные гравитационные данные, которые помогли нам ограничить распределение материала внутри Юпитера, – рассказала Мигель. – Это уникальные данные, которые мы можем получить только с помощью космического аппарата, вращающегося вокруг планеты".
Построенные по этим данным модели показали, что в ядро Юпитера содержит эквивалент от 11 до 30 земных масс тяжёлых химических элементов (от 3% до 9% массы Юпитера). Это намного больше, чем ожидалось.
И всё-таки...
Новые модели указывают на "планетезимальное" происхождение Юпитера, потому что теория сбора "мелкой" гальки не может объяснить такую высокую концентрацию тяжёлых элементов, говорит Мигель.
Дело в том, что сбор гальки был бы приостановлен накапливающейся газовой атмосферой планеты, как только она достигла бы определённых размеров. Это связано с тем, что растущий слой газа создал бы барьер.Понятно, что в этом случае ядро Юпитера не смогло бы набрать в свой арсенал столько тяжёлых химических элементов.
Однако планетезимали могли попасть в ядро Юпитера даже после того, как началась фаза газовой аккреции. Гравитация превышала бы давление, оказываемое газом.
Исследователи пришли к выводу, что одновременное стягивание каменистого материала (тот самый "каннибализм") и газа, предложенные в рамках теории планетезималей, является единственным объяснением высокого содержания тяжёлых элементов в Юпитере.
А что с другими планетами и мирами?
Нынешние выводы исследователей потенциально могут повлиять на историю происхождения других планет Солнечной системы.
Юпитер был своего рода королём нашей системы: своей гравитацией он значительно влиял на размер и орбиты соседей по космосу. Поэтому данные о том, как он появился и формировался, имеют большое значение для истории других планет.
А ещё астрономы очень хотят изучить недра других газовых миров — Сатурна, Урана и Нептуна. Возможно, изучение Юпитера поможет в исследовании этих планет и планировании миссий к ним.
Также нам не стоит судить об экзопланетах, уже найденных и тех, что только ждут своего часа, только по их газовому покрову.
Статья авторов исследования вышла в журнале Astronomy and Astrophysics.
Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях:
"Смотрим" ‐ ВКонтакте, Одноклассники, Яндекс.Дзен и Telegram
Вести.Ru ‐ ВКонтакте, Одноклассники, Яндекс.Дзен и Telegram.
