Bár a galaxisban a csillagokat bolygók veszik körül, a bolygók kialakulásának módja továbbra is vita tárgyát képezi. Annak ellenére, hogy saját Naprendszerünkben rengeteg világ található, a tudósok még mindig nem biztosak abban, hogyan épülnek fel a bolygók. Jelenleg két elmélet küzd a bajnok szerepéért.
Az első és legszélesebb körben elfogadott elmélet, a magakkréció, jól működik a Földhöz hasonló földi bolygók kialakulásával, de az óriásbolygók esetében problémái vannak. A második, a korong instabilitásának módszere magyarázatot adhat ezeknek az óriásbolygóknak a keletkezésére.
A tudósok folytatják a Naprendszeren belüli és kívüli bolygók tanulmányozását, hogy jobban megértsék, melyik módszer a legpontosabb.
Hivatkozások:
Kapcsolódó: Mekkora a Föld?
Hasonlóan: Mekkora a Föld sebessége a Nap körül?
A magakkréciós modell
Körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt a Naprendszer egy por- és gázfelhő volt, amelyet napködnek nevezünk. A gravitáció az anyagot magába omlasztotta, amikor az elkezdett forogni, így alakult ki a Nap a köd közepén.
A Nap felemelkedésével a megmaradt anyag elkezdett összecsomósodni. A kis részecskék a gravitáció ereje által összekötve nagyobb részecskékké húzódtak össze. A napszél elsöpörte a könnyebb elemeket, például a hidrogént és a héliumot a közelebbi régiókból, és csak nehéz, kőzetszerű anyagok maradtak, amelyekből a Földhöz hasonló kisebb földi világok jöttek létre. Távolabb azonban a napszél kevésbé volt hatással a könnyebb elemekre, így azok gázóriásokká olvadhattak össze. Így jöttek létre az aszteroidák, üstökösök, bolygók és holdak.
A Föld sziklás magja alakult ki először, ahol a nehéz elemek ütköztek és összekapcsolódtak. A sűrű anyag a középpontba süllyedt, míg a könnyebb anyag létrehozta a kérget. A bolygó mágneses mezeje valószínűleg ebben az időben alakult ki. A gravitáció felfogta a bolygó korai légkörét alkotó gázok egy részét.
Evolúciója korai szakaszában a Földet egy nagy test becsapódása érte, amely a fiatal bolygó köpenyének darabjait az űrbe katapultálta. A gravitáció hatására ezekből a darabokból sok összeállt, és kialakult a Hold, amely pályára állt teremtője körül.
A köpeny áramlása a kéreg alatt okozza a lemeztektonikát, a Föld felszínén lévő nagy kőzetlemezek mozgását. Az ütközések és a súrlódás hatására hegyek és vulkánok keletkeztek, amelyek elkezdtek gázokat okádni a légkörbe.
Bár a Naprendszer belsején áthaladó üstökösök és aszteroidák populációja ma ritkán fordul elő, a bolygók és a Nap fiatal korában sokkal nagyobb volt a számuk. E jeges égitestek ütközései valószínűleg lerakták a Föld felszínén a víz nagy részét. Mivel a bolygó a Goldilocks-zónában van, vagyis abban a régióban, ahol a folyékony víz sem megfagy, sem el nem párolog, hanem folyékony állapotban maradhat, a víz a felszínen maradt, ami sok tudós szerint kulcsszerepet játszik az élet kialakulásában.
Az exobolygó megfigyelései megerősíteni látszanak a magakkréciót mint a domináns keletkezési folyamatot. Azoknak a csillagoknak, amelyek magjában több “fém” van – a csillagászok ezt a kifejezést a hidrogéntől és héliumtól eltérő elemekre használják -, több óriásbolygójuk van, mint fémben szegény rokonaiknak. A NASA szerint a magakkréció azt sugallja, hogy a kis, sziklás világoknak gyakoribbnak kell lenniük, mint a nagyobb tömegű gázóriásoknak.
A 2005-ben felfedezett, a HD 149026 jelű napszerű csillag körül keringő, masszív maggal rendelkező óriásbolygó egy olyan exobolygó példája, amely segített megerősíteni a magakkréciót.
“Ez megerősíti a bolygóképződés magakkréciós elméletét, és bizonyíték arra, hogy ilyen bolygóknak nagy számban kellene létezniük” – mondta Greg Henry a sajtóközleményben. Henry, a Nashville-i Tennessee Állami Egyetem csillagásza észlelte a csillag halványodását.”
Az Európai Űrügynökség 2017-ben tervezi a CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS) felbocsátását, amely a szuperföldtől a Neptunuszig terjedő méretű exobolygókat fogja tanulmányozni. Ezeknek a távoli világoknak a tanulmányozása segíthet meghatározni, hogyan alakultak ki a Naprendszer bolygói.
“A magakkréciós forgatókönyv szerint a bolygó magjának el kell érnie egy kritikus tömeget, mielőtt képes lenne gázakkréciót indítani” – mondta a CHEOPS csapata.
“Ez a kritikus tömeg számos fizikai változótól függ, amelyek közül a legfontosabbak közé tartozik a bolygómagakkréció sebessége.”
A CHEOPS a növekvő bolygók anyagakkréciójának tanulmányozásával betekintést nyújt a világok növekedésének módjába.
A korong instabilitásának modellje
Bár a magakkréciós modell jól működik a földi bolygók esetében, a gázóriásoknak gyorsan kellett volna fejlődniük, hogy megragadják a bennük lévő könnyebb gázok jelentős tömegét. A szimulációk azonban nem tudták figyelembe venni ezt a gyors kialakulást. A modellek szerint a folyamat több millió évig tart, hosszabb ideig, mint ameddig a könnyű gázok rendelkezésre álltak a korai Naprendszerben. Ugyanakkor a magakkréciós modellnek migrációs problémával kell szembenéznie, mivel a bébibolygók valószínűleg rövid idő alatt spirálisan belesodródnak a Napba.
Egy viszonylag új elmélet, a korong instabilitása szerint a por- és gázcsomók már a Naprendszer életének korai szakaszában összekapcsolódnak. Idővel ezek a csomók lassan óriásbolygóvá tömörülnek. Ezek a bolygók gyorsabban, néha akár ezer év alatt is kialakulhatnak, mint magjuk akkréciós vetélytársai, lehetővé téve számukra a gyorsan elillanó könnyebb gázok befogását. Emellett gyorsan elérik a pályájukat stabilizáló tömeget, ami megakadályozza, hogy halálmenetben a Napba vonuljanak.
Az exobolygókkal foglalkozó csillagász, Paul Wilson szerint, ha a korongok instabilitása dominál a bolygók kialakulásában, akkor nagy rendszámú világokat kellene létrehoznia. A HD 9799 csillag körül jelentős távolságban keringő négy óriásbolygó megfigyelési bizonyítékot szolgáltat a korong instabilitására. A Fomalhaut b, a csillaga körül 2000 éves pályán keringő exobolygó szintén példa lehet a korong instabilitása révén kialakult világra, bár a bolygó a szomszédaival való kölcsönhatások miatt is kilökődhetett.
Kavicsakkréció
A magakkréció legnagyobb kihívása az idő – a masszív gázóriások elég gyors felépítése ahhoz, hogy légkörük könnyebb összetevőit megragadják. A legújabb kutatások szerint a kisebb, kavics méretű objektumok akár 1000-szer gyorsabban olvadtak össze az óriásbolygók kialakulásához, mint a korábbi tanulmányok.
“Ez az első olyan modell, amelyről tudunk, hogy egy elég egyszerű szerkezetű napködből indulunk ki, amelyből bolygók alakulnak ki, és végül az általunk látott óriásbolygó-rendszer jön létre” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Harold Levison, a coloradói Southwest Research Institute (SwRI) csillagásza 2015-ben a Space.com-nak.
2012-ben Michiel Lambrechts és Anders Johansen, a svédországi Lund Egyetem kutatói azt javasolták, hogy az egyszer már leírt apró kavicsok jelentik a kulcsot az óriásbolygók gyors felépítéséhez.
“Megmutatták, hogy a keletkezési folyamatból visszamaradt kavicsok, amelyeket korábban jelentéktelennek gondoltak, valójában hatalmas megoldást jelenthetnek a bolygóképződés problémájára” – mondta Levison.”
Levison és csapata erre a kutatásra építve pontosabban modellezte, hogy a ma a galaxisban látható apró kavicsok hogyan képezhetnek bolygókat. Míg a korábbi szimulációk szerint a nagy és közepes méretű objektumok viszonylag állandó ütemben fogyasztották el kavics méretű rokonaikat, Levison szimulációi azt sugallják, hogy a nagyobb objektumok inkább zsarnokként viselkedtek, elragadva a kavicsokat a közepes méretű tömegektől, hogy sokkal gyorsabb ütemben növekedjenek.
“A nagyobb objektumok most inkább szétszórják a kisebbeket, minthogy a kisebbek visszaszórják őket, így a kisebbek végül kiszóródnak a kavicskorongból” – mondta a Space.com-nak a tanulmány társszerzője, Katherine Kretke, szintén a SwRI munkatársa. “A nagyobb lényegében megfélemlíti a kisebbeket, így azok maguk is megeszik az összes kavicsot, és tovább nőhetnek, hogy az óriásbolygók magját alkossák.”
Amint a tudósok folytatják a Naprendszeren belüli, valamint más csillagok körüli bolygók tanulmányozását, jobban megértik majd, hogyan alakult ki a Föld és testvérei.”
Kövesse Nola Taylor Redd-et a Twitteren @NolaTRedd, a Facebookon vagy a Google+-on. Kövessen minket a @Spacedotcom, a Facebookon vagy a Google+-on.
Recent news