SISTEMUL SOLAR A CĂPĂTAT CONFIGURAȚIA ACTUALĂ LA SCURT TIMP DUPĂ FORMAREA SA
Ipoteza că Sistemul Solar s-a născut dintr-un nor gigantic de gaz și praf a fost prima oară emisă în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. A fost propusă de către filozoful german Immanuel Kant și dezvoltată de către matematicianul francez Pierre-Simon de Laplace. Această ipoteză este recunoscută consensual de majoritatea astronomilor. Datorită enormelor cantități de date observaționale, input teoretic și resurse computaționale disponibile, actualmente această ipoteză a fost continuu rafinată, dar acest lucru nu este un proces liniar și nici nu este lipsit de controverse.
Până de curând, se considera că Sistemul Solar și-a achiziționat caracteristicile actuale ca rezultat al unei turbulențe produse la 700 milioane de ani după formarea sa. Totuși unele cercetări mai recente sugerează că și-a primit forma actuală într-un trecut mult mai distant, într-o etapă cu un interval ce închipuie 100 de milioane de ani de la formare.
Un studiu condus de trei cercetători brazilieni oferă o dovadă robustă a acestei structurări timpurii. Publicat în jurnalul ICARUS, studiul a fost finanțat de către Fundația de Cercetare Sao Paulo – FAPESP. Autorii studiului – Rafael Ribeiro de Soua, Andre Izidoro Ferreira da Costa și Ernesto Vieira Neto, sunt toți afiliați Scolii de Inginerie a Universității de Stat Sao Paulo (FEG-UNESP) din Guaratingueta (Brazilia).
”Cantitatea mare de date obținute prin observarea detaliată a Sistemului Solar ne permite să definim cu precizie traiectorile multor corpuri cerești care orbitează Soarele”, a spus Ribeiro. ”Structura orbitală ne permite să scriem istoria formării sistemului solar.
Rezultând din gazul și norul de praf care a înconjurat steaua noastră acum 4,6 miliarde de ani, planetele gigante s-au format în orbite apropiate una de cealaltă și apropiate de Soare. Orbitele au fost, de asemenea, mult mai co-plane și mai circulare, decât sunt astăzi și mult mai interconectate în sisteme dinamice rezonante. Asceste sisteme stabile sunt rezultatul cel mai probabil al dinamicii gravitaționale a formării planetei din discurile gazoase protoplanetare.”
Izidoro a oferit mai multe detalii. ”Cele patru planete gigante – Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun – s-au format din gazul și norul de praf în orbite mai compacte,” a spus. ”Mișcările lor erau sincrone datorită lanțurilor de rezonanță, Jupiter finalizând trei revoluții în jurul Soarelui în același timp în care Saturn completa două. Toate planetele au fost implicate în această sincronicitate produsă de dinamica discului de gaz primordial și dinamicile gravitaționale ale planetelor.
Cu toate acestea, în toată regiunea de formare a sistemul solar exterior, care include zona situată dincolo de orbitele actuale ale lui Uranus și Neptun, sistemul solar avea o populație mare de planetezimale, corpuri mici de rocă și gheață considerate blocurile de construcție ale planetelor și mai apoi, a asteroizilor cometelor și sateliților.
Discul planetesimal exterior a început să perturbe echilibrul gravitațional al sistemului. Rezonanțele au fost pertubate după faza gazoasă și sistemul a intrat într-o perioadă de haos, în care planetele gigante au interacționat violent, ejectând materie în spațiu.
Pluton și vecinii săi ghețoși au fost împinși în Centura Kuiper, unde se află în prezent, și întregul grup de planete a migrat spre orbite mai îndepărtate față de Soare,” a precizat Ribeiro.
Centura Kuiper, a cărei existență a fost propusă în 1951 de către astronomul olandez Gerard Kuiper și confirmată ulterior prin observații astronomice, este o structură toroidă (în formă de gogoașă) formată din mii de corpuri mici care orbitează Soarele.
Diversitatea orbitelor lor nu mai este prezentă în nici o altă parte a sistemului solar. Marginea interioară a Centurii Kuiper începe de la orbita lui Neputn, cam la 30 unități astronomice față de Soare. Marginea exterioară se află la 50 unități astronomice față de Soare. O unitate astronomică este aproximativ egală cu distanța medie între Terra și Soare.
Revenind la perturbarea sincronicității și la debutul etapei haotice, întrebarea este: când s-a întâmplat acest lucru: foarte devreme în viața sistemului solar – când acesta avea 100 milioane de ani sau mai puțin, sau mult mai târziu, la aproximativ 700 milioane de ani după formarea planetelor?
”Până de curând ipoteza instabilității târzii,” a spus Ribeiro. ”Datarea rocilor aduse de pe Lună de astronauții Apollo sugerează că acestea au fost create de asteroizi și comete prăbușite pe suprafața lunară în același timp. Acest cataclism este cunoscut sub numele de ”Bombardamentul greu târziu” al Lunii, probabil că s-a produs deopotrivă pe Pământ și pe celelalte planete terestre din sistemul solar. Deoarece o mare cantitate de materie sub formă de asteroizi și comete a fost proiectată în toate direcțiile sistemului solar în această perioadă de instabilitate planetară, s-a dedus din studiul rocilor lunare că această perioadă haotică s-a produs târziu, dar în ultimii ani, ideea de ”bombardament târziu al Lunii” a ieșit din actualitate.”
Ribeiro afirmă că dacă s-ar fi produs acea catastrofă haotică târzie, aceasta ar fi putut distruge Terra și alte planete telurice, sau ar fi putut produce perturbări care să le plaseze în orbite cu totul diferite față de ce observăm acum.
Mai mult, rocile lunare aduse de astronauții Apollo trebuie să fi fost produse de un impact singurar. Dacă și-ar fi avut originea într-o instabilitate planetară târzie, ar exista dovezi ale unor impactări diferite, dată fiind împrăștierea planetesimalelor de către planetele gigante.
”Punctul de la care am început studiul nostru a fost ideea că intabilitatea ar trebui datată dinamic. Instabilitatea poate să se fi produs mai târziu numai dacă a existat o distanță relativ mare între marginea interioară a discului de planetesimale și orbita lui Neptun atunci când gazul a fost epuizat. Această distanță relativ mare a s-a dovedit nesustenabilă în simularea noastră,” a spus Ribeiro.
Argumentul se bazează pe o premisă simplă: cu cât este mai scurtă distanța dintre Neptun și discul planetesimal, cu atât influența gravitațională este mai mare și, prin urmare, mai timpurie va fi perioada de instabilitate. În schimb, o instabilitate ulterioară necesită o distanță mai mare.
”Intenția noastră a fost de a reconstitui, în premieră, discul planetesimal primordial. Pentru a putea face asta, a trebuit să dăm timpul înapoi până la formarea giganților de gheață Uranus și Neptun. Simulările computerizate, bazate pe un model construit de profesorul Izidoro în 2015 a arătat că formarea lui Uranus și Neptun ar fi putut avea originea în embrioni planetari cu câteva mase terestre. ”Coliziunile masive între aceste Super-Pământuri ar explica, de exemplu, înclinarea dramatică a axei planetei Uranus.”
Studiile anterioare au punctat importanța distanței între orbita lui Neptun și granița interioară a discului planetesimal, dar s-a utilizat un model în care cele patru planete gigante erau deja formate.
”Noutatea acestui studiu este că modelul nu începe cu planete formate complet, ci Uranus și Neptun se află în stadii de creștere, iar factorul de creștere este două sau trei coliziuni implicând obiecte cu până la cinci mase terestre”, a spus Izidoro.
”Imaginați-vă o situație în care Jupiter și Saturn sunt formate dar avem cinci, până la 10 super-Pământuri în loc de Uranus și Neptun. Super-Pământurile sunt forțate de gaz să se sincronizeze cu Jupiter și Saturn, dar fiind numearoase, sincronicitatea lor fluctuează și ele sfârșesc prin a intra în coliziune. Coliziunile conduc la reducerea numărului lor, făcând sincronicitatea posibilă. În cele din urmă rămân Uranus și Neptun.
În timp de doi giganți de gheață se formau în gaz, discul planetesimal era consumat. O parte din materie a fost atrasă către Uranus și Neptun, iar o altă parte a fost propulsată la periferia sistemului solar. De aceea, creșterea lui Uranus și Neptun definește poziția graniței interioare a discului planetasimal. Resturile discului compun acum Centura Kuiper care este, așadar o relicvă a discului planetasimal, care a fost cândva mult mai masiv.”
Modelul propus este în acord cu orbitele actuale ale planetelor gigante și cu structura observată în Centura Kuiper. Este de asemenea în acord cu mișcarea Troienilor, un grup mare de asteroizi care împart aceeași orbită cu Jupiter și au fost – prezumat – capturați în timpul ruperii sincronicității.
Conform cu un studiu puclicat de Izidoro în 2017 (afencia.fapesp.br/26583), Jupiter și Saturn se aflau încă în formare, cu creșterea lor contribuind la deplasarea centurii asteroizilor. Studiul de acum este un fel de continuare, începând cu stadiul în care Jupiter și Saturn erau complet formate, dar încă sincronizate – și descrie evoluția sistemului solar de la acel punct.
”Interacțiunea gravitațională dintre planetele gigante și discul planetesimal au produs disturbări în discul de gaz care s-au răspândit în forma undelor. Undele au produs sisteme planetare compacte și sincrone. Când gazul a fost epuizat, interacțiunea dintre planete și discul planetesimal a perturbat sincronicitatea, cauzând dezvoltarea unei faze haotice. Luând în considerare toate aceste aspecte, am descoperit că pur și simplu nu au existat condiții pentru ca distanța dintre orbita lui Neptun și granița interioară a discului planetasimal să devină destul de mare pentru a susține ipoteza instabilității mai târzii. Aceasta este principala contribuție a studiului nostru, care demonstreaza producerea instabilității în intervalul primelor 100 de milioane de ani și că s-ar fi produs, cel mai probabil, înainte de formarea Terrei și a Lunii,” a concluzionat Ribeiro.
Sursa: Eurasiareview; Traducere și adaptare: Crișan Petru Ciprian
