Когато става въпрос за първите дни на нашата Слънчева система, Юпитер има съмнителна репутация. По някакъв начин гигантът служи като защитник на Земята, като гравитацията му изстрелва опасни отломки далеч от скалистите планети. В същото време Юпитер може също да е хвърлил материал навътре и да е разбил богати на водород астероиди и планетарни ембриони или планетизимали в претъпкани млади земни планети.
Свързано съдържание
- Светкавицата на Юпитер е по-прилична на Земята, отколкото мислехме
- Как млад Юпитер е действал като защитник и разрушител
Сега изследователите предполагат, че по този начин Юпитер и други газови гиганти може би са допринесли за нещо друго, решаващо за скалните светове: водата.
Най-масовите светове може да са пастили богати на вода отломки от външната слънчева система, за да паднат върху скалните светове. А новите изследвания предполагат, че доставянето на течността, ключова съставка за живота, какъвто го познаваме, може да не е бил късмет. Вместо това всички планетарни системи имат достатъчно късмет да приемат газов гигант в техните покрайнини, автоматично трябва да имат богат на вода материал, който да пада върху скалистите им вътрешни планети.
След пълното развитие на газовите гиганти остатъците, които хвърлят навътре, могат да бъдат опасни. Но по време на ключова фаза на своето раждане те хвърлят богат на водород материал, който се навива заключен в земната кора и мантия, появява се по-късно, за да се свърже с кислорода и да стане вода.
"В процеса на формиране те изпращат тази голяма купчина планетимаси навсякъде и някои се връщат в земните планети", казва Шон Реймънд, астроном, който изучава как се развиват планетите във френския университет в Бордо и водещ автор на проучване публикувана в списание Icarus . Като моделира ролята на газовите гиганти в ранната слънчева система, Реймънд установява, че гигантски планети с различни размери неизбежно хвърлят богат на вода материал във вътрешната система, където скалистите светове потенциално могат да го задържат като течна вода на повърхностите си.
Водата, разбира се, е ключова съставка за развитието на живота, какъвто го познаваме на Земята. Така че, когато става дума за ловни светове отвъд Слънчевата система, скалните светове, способни да приемат скъпоценната течност, се смятат за най-доброто ловно поле за извънземен живот. От 80-те години на миналия век изследователите се борят да определят как водата е пристигнала на Земята. Днес богатите на въглерод астероиди са водещият заподозрян.
В младата Слънчева система сблъсъците са били чести и орбитите се пресичали един друг, а ранните астероиди все още били лесно засегнати от близки срещи с други планети, чиято гравитация ги е насочила към скалисти светове. "Мисля, че това е много интересна история и тази, която е тази фундаментално, ако се опитвате да разберете как създавате обитаеми планети ", каза астрохимикът Конел Александър, който изучава примитивни метеорити от тези астероиди.
Преди около 4, 5 милиарда години облак газ, останал от образуването на слънцето, породи планетите. Газът висеше наоколо милиони години, влияейки върху движението на планетите и техните богати на скали компоненти. Повишаването на температурите означаваше, че водородът, градивен блок за вода, е бил хванат в лед в по-студените райони на Слънчевата система, далеч от обсега на Земята.
Изглеждаше, че нашата планета е била предназначена да бъде суха и безплодна пустош. И какво стана?
„Нелепо проста концепция“
През последните години моделите на нашата слънчева система показват, че най-вероятно газовите гиганти са преминали през сложен танц, преди да се озоват в сегашните си места. Нептун и Уран вероятно са се образували по-близо до слънцето, отколкото са днес. В крайна сметка те се преместиха навън, търгувайки места по пътя. Известен като модел от Ница, смята се, че този процес е предизвикал късното тежко бомбардиране, шип от ледени удари около 600 милиона години след формирането на Слънчевата система.
Сатурн и Юпитер може би са претърпели още по-мъчително пътешествие, изревайки младия астероиден пояс на път във вътрешната слънчева система, преди да обърнат курса и да тръгнат назад навън. По пътя изпращат и астероиди, които се разбиват към Земята. Това е известно като модела Grand Tack, който Реймънд помагаше за формулирането през 2008 г.
По това време Реймънд за пръв път се заинтригува как Юпитер може да е формирал подаването на вода в ранната Слънчева система. Но неговото моделиране беше възпрепятствано от незначителен програмен проблем, който изглежда не можеше да разтърси. Пристигането на докторантския изследовател Андре Изидоро беше близо десетилетие по-късно, за да се реши проблема.
„Изидоро намери грешка, която имах години наред за половин час“, казва Реймънд със съжаление. „Бях наистина щастлив, че той го намери, за да можем всъщност да направим проекта.“
При новия модел, тъй като газовият гигант се разраства, консумира повече материал, нарастващата му гравитация дестабилизира близките протопланети. Плъзгането на все още присъстващия мъгляв газ влияе върху това как отломките се движат през Слънчевата система, като изпращат част от тях навътре към вътрешната Слънчева система. Част от този материал попадна в капан в астероидния пояс, населявайки го с богатите на въглерод астероиди, чието водно съдържание е толкова подобно на това на Земята.
Първоначално, казва Реймънд, богатите на въглерод астероиди са били разпръснати в регион, обхващащ от 5 до 20 пъти разстоянието Земя-Слънце. „Сигурно е обхванала цялата слънчева система“, казва той.
Но Александър, който изучава богатите на въглерод астероиди, подозира, че регионът е по-малък, като повечето заподозрени се образуват точно извън орбитата на Юпитер. Все пак той смята, че моделът на Реймънд върши добра работа като обяснява как богати на вода материали са били доставяни на Земята, наричайки хипотезата „напълно разумна“.
„Това е най-добрият начин да вкарате тези летливи вещества в района на земната планета“, казва Александър.
Моделът оставя висящи няколко въпроса, като например защо толкова малко от богатството от масата на ранната Слънчева система присъства днес. „Това е ключова част, която трябва да бъде свързана“, признава Реймънд.
Все пак той казва, че моделът помага да се запълнят няколко пропуски, включително защо водата на Земята съответства на състава на астероидите на външния пояс повече от по-сухите астероиди на вътрешните колани.
"Това е нелепо просто следствие от растежа на Юпитер и Сатурн", казва той.
Ловуване на богати на вода светове
Преди модела на Реймънд изследователите смятали, че това е необичайният танц на външните планети, който изпраща вода във вътрешната слънчева система и пази Земята от сухо бъдеще. Ако това беше вярно, това би било лоша новина за други светове, където газовите гиганти може да са останали цветя, които никога не са се отдалечили от мястото, където са започнали.
Новият модел предполага, че всеки газов гигант би изпратил мокър материал, хвърлящ се навътре, вследствие на образуването им. Докато масивните светове с размер на Юпитер бяха най-ефективни, Реймънд откри, че всеки газов гигант може да предизвика растежа. Това е добра новина за изследователите, които ловят воднисти планети извън нашата Слънчева система.
В нашата собствена слънчева система моделът показва, че на три вълни на Земята сняг снегове от външната слънчева система. Първият дойде, когато Юпитер набъбна. Вторият се задейства по време на формирането на Сатурн. И третото щеше да се случи, когато Уран и Нептун мигрираха навътре, преди да бъдат блокирани от другите двама и изпратени обратно в покрайнините на Слънчевата система.
"Смятам, че най-якото е, че в основата си това означава за всяка екзо-слънчева система, където имате гигантски и земни планети, тези гигантски планети биха изпратили вода навътре към земните планети", казва Дейвид О'Брайън, изследовател в Планетарните планети Научен институт, който изучава формирането на планетата и еволюцията на ранната Слънчева система. "Това отваря много възможности за обитаеми проучвания на планетата."
За съжаление, досега нямаме много подобни системи за сравнение. Повечето от известните екзопланети са идентифицирани с мисията на Кеплер на НАСА, за която О'Брайън каза, че е най-чувствителна към планетите с орбити, по-малки от земните и има затруднения при откриването на газови гиганти във външната система. Малките скални планети също са по-предизвикателни за наблюдение. Това не означава, че ги няма - това просто означава, че още не сме ги забелязали.
Но ако съществуват такива системи, изследванията на Реймънд предполагат, че скалните светове трябва да са богати на това, което смятаме за течността на живота. "Ако има земни планети и гигантски планети, тези гигантски планети вероятно са дали вода на Земята малко", казва О'Брайън.
