Более пристальный взгляд на историю происхождения Юпитера

Один из самых важных открытых вопросов в теории образования планет — это история происхождения Юпитера. Используя сложное компьютерное моделирование, исследователи из Цюрихского университета (UZH) и Национального центра научных исследований (NCCR) PlanetS пролили новый свет на историю формирования Юпитера. Их результаты были опубликованы в Письма из астрофизического журнала.

Любопытное обогащение тяжелыми элементами

Когда в 1995 году космический аппарат «Галилео» запустил зонд, десантировавшийся в атмосферу Юпитера, он показал, среди прочего, что тяжелые предметы (элементы тяжелее гелия) там обогащены. В то же время последние структурные модели Юпитера, основанные на измерениях гравитационного поля космическим аппаратом Юнона, показывают, что внутренняя часть Юпитера не однородна, а имеет сложную структуру.

«Поскольку теперь мы знаем, что внутренняя часть Юпитера не полностью смешана, мы ожидаем, что тяжелые элементы будут присутствовать в глубине газовой планеты-гиганта, где тяжелые элементы в основном накапливаются на ранних стадиях формирования планеты», — говорится в исследовании. автор Равитт Хилд, профессор Цюрихского университета и член NCCR PlanetS, объяснил этот вопрос. «Только на более поздних стадиях, когда развивающаяся планета становится достаточно массивной, она может эффективно притягивать большое количество газов легких элементов, таких как водород и гелий. Поэтому поиск сценария формирования Юпитера, который соответствует ожидаемой внутренней структуре, а также измеренной атмосфере, является сложной задачей. , Но это имеет решающее значение для нашего понимания планет-гигантов», — говорит Хелд. Среди многих теорий, которые были предложены до сих пор, ни одна из них не может дать удовлетворительного ответа.

долгая миграция

«Наша идея заключалась в том, что Юпитер собрал эти тяжелые элементы на более поздних стадиях своего формирования путем миграции. При этом он должен был двигаться через регионы, заполненные так называемыми малыми планетами — небольшими планетарными строительными блоками, состоящими из материала тяжелых элементов — Как объясняет ведущий автор исследования Шу Шибата, научный сотрудник Цюрихского университета и член NCCR PlanetS, они накапливаются в атмосфере.

Однако миграция сама по себе не гарантирует накопления необходимых веществ. Шибата указывает, что «из-за сложных динамических взаимодействий мигрирующая планета не обязательно включает в себя малые планеты на своей траектории. Во многих случаях планета вместо этого фактически рассеивает их — в отличие от овчарки, приютившей овец». Поэтому команде пришлось провести бесчисленное количество симуляций, чтобы определить, приводят ли какие-либо пути миграции к достаточному накоплению материала.

«Мы обнаружили, что можно было бы захватить достаточно малых планет, если бы Юпитер сформировался во внешних регионах Солнечной системы — в четыре раза дальше от того места, где он находится сегодня, — а затем мигрировал к своему нынешнему местоположению. В этом сценарии он двигался через область, где условия были благоприятны для физического накопления — хорошее место для накопления, как мы это называем», — сообщает Шоу.

Новая эра в планетарной науке

Объединив ограничения, введенные зондом Galileo и данными Juno, исследователи наконец пришли к удовлетворительному объяснению. «Это показывает, насколько сложны газовые планеты-гиганты и насколько сложно реалистично воспроизвести их свойства», — отмечает Равитт Хелд.

«Нам потребовалось много времени планетарная наука Чтобы добраться до точки, где мы можем, наконец, изучить и обновить эти детали теоретические модели и численное моделирование. Это помогает нам заполнить пробелы в нашем понимании не только Юпитера и нашей Солнечной системы, но и большей части наблюдаемого гиганта. планеты Он вращается вокруг далеких звезд», — заключает Хилд.

Предоставлено NCCR PlanetS