Als het gaat om de vroege dagen van ons zonnestelsel, heeft Jupiter een twijfelachtige reputatie. In sommige opzichten diende de reus als beschermer van de aarde, waarbij de zwaartekracht gevaarlijk puin wegliep van de rotsachtige planeten. Tegelijkertijd kan Jupiter ook materiaal naar binnen hebben geslingerd en waterstofrijke asteroïden en planetaire embryo's, of planetesimals, op drukke jonge terrestrische planeten hebben neergestort.
gerelateerde inhoud
- Jupiters bliksem is meer aardachtig dan we dachten
- Hoe een jonge Jupiter optrad als beschermer en vernietiger
Onderzoekers suggereren nu dat Jupiter en andere gasreuzen misschien iets anders hebben bijgedragen dat cruciaal is voor rotsachtige werelden: water.
De meest massieve werelden hebben mogelijk waterrijk puin uit het buitenste zonnestelsel geleid om op de rotsachtige werelden te vallen. En nieuw onderzoek suggereert dat de afgifte van de vloeistof, een belangrijk ingrediënt voor het leven zoals we die kennen, misschien geen geluk was. In plaats daarvan zouden alle planetaire systemen die het geluk hebben een gasreus in hun buitenwijken te huisvesten automatisch waterrijk materiaal op hun rotsachtige binnenplaneten moeten laten vallen.
Nadat de gasreuzen zich volledig hebben ontwikkeld, kan het vuil dat ze naar binnen werpen gevaarlijk zijn. Maar tijdens een belangrijke fase van hun geboorte gooien ze waterstofrijk materiaal dat opgesloten zit in de aardkorst en mantel, later tevoorschijn komend om zich te binden met zuurstof en water te worden.
"Tijdens het formatieproces sturen ze deze grote stapel planetesimalen de hele plaats over, en wat bash naar de aardse planeten, " zei Sean Raymond, een astronoom die onderzoekt hoe planeten evolueren aan de Franse universiteit van Bordeaux en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in het tijdschrift Icarus . Door de rol van gasreuzen in het vroege zonnestelsel te modelleren, ontdekte Raymond dat gigantische planeten van verschillende grootte onvermijdelijk waterrijk materiaal in het binnenste systeem slingeren, waar rotsachtige werelden het potentieel als vloeibaar water op hun oppervlakken konden houden.
Water is natuurlijk een belangrijk ingrediënt voor de evolutie van het leven zoals we dat op aarde kennen. Dus als het gaat om jachtwerelden buiten het zonnestelsel, worden rotsachtige werelden die de kostbare vloeistof kunnen herbergen, beschouwd als de beste jachtgebieden voor buitenaards leven. Sinds de jaren tachtig worstelen onderzoekers om te bepalen hoe water op aarde kwam. Tegenwoordig zijn koolstofrijke asteroïden de hoofdverdachte.
In het jonge zonnestelsel kwamen botsingen veelvuldig voor en kruisten de banen elkaar, en de vroege asteroïden werden nog steeds gemakkelijk beïnvloed door nauwe ontmoetingen met andere planeten, wiens zwaartekracht hen naar rotsachtige werelden gooide. "Ik vind het een zeer interessant verhaal, en een verhaal dat fundamenteel als je probeert te begrijpen hoe je bewoonbare planeten maakt, "zei astrochemicus Conel Alexander, die primitieve meteorieten van die asteroïden bestudeert.
Ongeveer 4, 5 miljard jaar geleden werden de planeten geboren door een gaswolk die overbleef van de vorming van de zon. Het gas hing miljoenen jaren rond en beïnvloedde de beweging van de planeten en hun rotsrijke componenten. Stijgende temperaturen betekenden dat waterstof, een bouwsteen voor water, gevangen zat in ijs in de koudere gebieden van het zonnestelsel, ver buiten het bereik van de aarde.
Het leek erop dat onze planeet voorbestemd was om een droge en dorre woestenij te zijn. Dus wat gebeurde er?
'Een belachelijk eenvoudig concept'
In de afgelopen jaren hebben modellen van ons zonnestelsel aangetoond dat de gasreuzen hoogstwaarschijnlijk een ingewikkelde dans ondergingen voordat ze op hun huidige plekken belandden. Neptunus en Uranus vormden waarschijnlijk dichter bij de zon dan vandaag. Uiteindelijk trokken ze naar buiten en verhandelden ze onderweg. Dit proces, dat bekend staat als het Nice-model, zou het Late Heavy Bombardment hebben aangespoord, een piek van ijzige inslagen ongeveer 600 miljoen jaar nadat het zonnestelsel was gevormd.
Saturnus en Jupiter hebben misschien een nog meer aangrijpende reis ondergaan, terwijl ze door de jonge asteroïdengordel ploegen op hun weg naar het binnenste zonnestelsel voordat ze de koers omkeerden en terug naar buiten gingen. Onderweg stuurden ze ook asteroïden naar de aarde. Dit staat bekend als het Grand Tack-model, dat Raymond in 2008 hielp formuleren.
Rond die tijd raakte Raymond voor het eerst geïntrigeerd door hoe Jupiter de waterafgifte in het vroege zonnestelsel heeft gevormd. Maar zijn modellenwerk werd belemmerd door een klein programmeerprobleem dat hij niet leek te kunnen schudden. Het kostte de komst van postdoctoraal onderzoeker Andre Izidoro, bijna tien jaar later, om het probleem op te lossen.
"Izidoro vond een bug die ik al jaren in een half uur had, " zegt Raymond treurig. "Ik was echt blij dat hij het had gevonden, zodat we het project daadwerkelijk konden doen."
Onder het nieuwe model, als een gasreus groter wordt, meer materiaal consumeert, destabiliseert de toenemende zwaartekracht nabijgelegen protoplaneten. De weerstand van het nog steeds aanwezige nevelgas beïnvloedt de manier waarop het puin door het zonnestelsel beweegt en stuurt een fractie daarvan naar binnen naar het binnenste zonnestelsel. Een deel van dat materiaal raakte gevangen in de asteroïdengordel en vulde het met de koolstofrijke asteroïden waarvan het watergehalte zo vergelijkbaar is met dat van de aarde.
Oorspronkelijk, zegt Raymond, waren de koolstofrijke asteroïden verspreid over een gebied van 5 tot 20 keer de afstand aarde-zon. "Het moet het hele zonnestelsel hebben bedekt", zegt hij.
Maar Alexander, die koolstofrijke asteroïden bestudeert, vermoedt dat de regio kleiner was, met de meeste verdachten die zich net buiten de baan van Jupiter vormden. Toch denkt hij dat het model van Raymond goed uitlegt hoe waterrijk materiaal op aarde werd afgeleverd en de hypothese 'volkomen redelijk' noemde.
"Dit is de beste manier om deze vluchtige stoffen in de aardse planeet vormende regio te krijgen, " zegt Alexander.
Het model laat verschillende vragen hangen, zoals waarom zo weinig van de rijkdom aan massa van het vroege zonnestelsel tegenwoordig aanwezig is. "Dat is een belangrijk onderdeel dat moet worden verbonden, " geeft Raymond toe.
Toch zegt hij dat het model verschillende gaten opvult, waaronder waarom het aardse water meer overeenkomt met de samenstelling van asteroïden van de buitenste riem dan de drogere asteroïden van de binnenste riemen.
"Het is een belachelijk eenvoudig gevolg van Jupiter en Saturnus groeien", zegt hij.
Jagen op waterrijke werelden
Vóór het model van Raymond dachten onderzoekers dat het de ongewone dans was van de buitenplaneten die water naar het binnenste zonnestelsel stuurde en de aarde van een droge toekomst hield. Als dat waar was, zou het slecht nieuws zijn voor andere werelden, waar de gasreuzen misschien muurbloemen zijn gebleven die nooit ver verwijderd zijn van waar ze begonnen zijn.
Het nieuwe model suggereert dat elke gasreus nat materiaal naar binnen zou sturen als gevolg van hun vorming. Terwijl enorme Jupiter-formaat werelden het meest effectief waren, ontdekte Raymond dat elke grote gasreus de groei kon activeren. Dat is goed nieuws voor onderzoekers die op waterplaneten jagen buiten ons zonnestelsel.
In ons eigen zonnestelsel toont het model dat ijs van het buitenste zonnestelsel in drie golven op de aarde is gesneeuwd. De eerste kwam toen Jupiter opzwol. De tweede werd geactiveerd tijdens de formatie van Saturnus. En de derde zou hebben plaatsgevonden toen Uranus en Neptunus naar binnen migreerden voordat ze werden geblokkeerd door de andere twee en teruggestuurd naar de buitenwijken van het zonnestelsel.
"Ik denk dat het coolste is dat het in feite betekent voor elk exo-zonnestelsel waar je gigantische planeten en aardse planeten hebt, die gigantische planeten zouden water naar binnen naar de aardse planeten sturen", zei David O'Brien, een onderzoeker bij de Planetaire Wetenschapsinstituut dat planeetvorming en de evolutie van het vroege zonnestelsel bestudeert. "Dat biedt veel mogelijkheden voor bewoonbare planeetstudies."
Helaas hebben we tot nu toe niet veel vergelijkbare systemen om mee te vergelijken. De meeste bekende exoplaneten zijn geïdentificeerd met de Kepler-missie van NASA, waarvan O'Brien zei dat deze het meest gevoelig is voor planeten met banen die kleiner zijn dan die van de aarde en moeite heeft met het detecteren van gasreuzen in het buitenste systeem. Kleine rotsachtige planeten zijn ook uitdagender om te observeren. Dat betekent niet dat ze er niet zijn - het betekent alleen dat we ze nog niet hebben gezien.
Maar als dergelijke systemen bestaan, suggereert het onderzoek van Raymond dat de rotsachtige werelden rijk zouden moeten zijn met wat wij beschouwen als de vloeistof van het leven. "Als er terrestrische planeten en gigantische planeten zijn, hebben die gigantische planeten de aarde waarschijnlijk wat water gegeven", zegt O'Brien.
