Med orbitama Marsa in Jupitra leži disk kamnin, majhnih teles in planetoidov, znan kot Glavni asteroidni pas . Obstoj tega pasu je bil prvič teoretiziran v 18. stoletju na podlagi opazovanj, ki so kazala na pravilen vzorec v orbitah Sončevih planetov. V naslednjem stoletju so se v vesolju med Marsom in Jupitrom začela redna odkrivanja, kar je astronome spodbudilo k teoretizaciji, od kod prihaja pas.
Znanstveniki so dolgo razpravljali o tem, ali je bil pas ostanki planeta, ki se je razpadel, ali ostanki zgodnjega sistema, ki je ni uspelo postati planet . Ampak a nova študija para astronomov z univerze v Bordeauxu je ponudil drugačen pogled. Po njihovi teoriji se je asteroidni pas začel kot prazen prostor, ki so ga sčasoma postopoma zapolnjevale skale in naplavine.
Zaradi njihove študije – ki se je pred kratkim pojavila v revijiNapredek znanostipod naslovom ' Prazen prvinski asteroidni pas ” – astronoma Sean N. Raymond in Andre Izidoro z Univerze v Bordeauxu sta upoštevala trenutno znanstveno soglasje, ki pravi, da je bil glavni pas nekoč veliko bolj gosto nabit in je sčasoma izgubil maso.
Umetnikov vtis o tem, kako bi lahko asteroidni pas sčasoma postal napolnjen z asteroidi tipa C in S. Zasluge: Sean Raymond/planetplanet.net
Kot je dr. Raymond pojasnil za Universe Today po e-pošti:
»Standardna slika je, da so se gradniki Osončja – kar imenujemo planetezimali, na splošno mišljeni kot telesa v merilu 10-100 km – začeli gladko porazdeliti po Sončevem disku, ki tvori planet. Težava je v tem, da je nekajkrat večja masa Zemlje v asteroidnem pasu, kjer je zdaj manj kot tisočinka zemeljske mase. Izziv na tej sliki je torej razumeti, kako je pas izgubil 99,9 % svoje mase (ne pa 100 %).
Pri tem sta dr. Raymond in dr. Izodoro upoštevala alternativno možnost, da se je morda prvinski pas začel kot prazen prostor. V skladu s to teorijo med Marsom in Jupitrom ni krožilo nobenih planetezimalov – Ceres, Vesta, Palla in Hygeia, kot so danes. To se je začelo kot miselni eksperiment, ki je, kot priznava dr. Raymond, sprva zvenel nekoliko noro.
Vendar sta z dr. Izodoro kmalu ugotovila, da je bilo v drugih zvezdnih sistemih že odkritih več protoplanetarnih diskov, kakršen sta si predstavljala. Na primer, leta 2014 je Atacama veliko milimetrsko/submilimetrsko polje v Čilu fotografirali planet, ki tvori disk iz prahu in plina (tudi protoplanetarni disk) v sistemu HL Bik, zelo mlado zvezdo, ki se nahaja približno 450 svetlobnih let od nas v ozvezdju Bika.
Kot je razkrila slika (prikazana spodaj), prah na tem disku ni gladek, ampak je sestavljen iz več širokih in manj gostih območij. 'O natančni razlagi strukture tega diska se še vedno razpravlja, vendar skoraj vsi modeli priklicujejo lebdeči prah,' je dejal Raymond. »Planetezimali nastanejo, ko se prah kopiči v dovolj goste obroče. Torej bi morali (mislimo) prašni obroči proizvajati obroče planetezimalov.'
Slika diska, ki tvori planet HL Tau, posneta z Atacama Large Millimeter Array. Zasluge: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Da bi preizkusili to hipotezo, so zgradili model zgodnjega Osončja, ki je vključeval prazno območje glavnega pasu. Ko so simulacijo premikali naprej, so ugotovili, da je nastajanje diska povezano z nastankom skalnatih planetov in bo postopoma postalo tisto, kar vidimo danes. Kot je navedel Raymond:
»Ugotovili smo, da rast kamnitih planetov ni 100-odstotno učinkovita. Delček planetezimalov je gravitacijsko odrinjen navzven in obtičal v asteroidnem pasu. Orbite ujetih teles se zelo ujemajo z orbite asteroidov tipa S. Učinkovitost vsaditve S-tipov v pas je precej nizka, le približno 1 na 1000. Vendar ne pozabite, da je pas skoraj prazen. V današnjem pasu je skupno približno 4 stotisočinke zemeljske mase v S-tipih. Naše simulacije so običajno vsadile nekajkrat večjo količino. Glede na to, da se jih nekaj izgubi med kasnejšim razvojem Osončja, se to ujema tako s porazdelitvijo kot s količino asteroidov tipa S v pasu.
Ta model so nato združili s prejšnjim delom, ki je preučevalo rast Jupitra in Saturna in kako bi to vplivalo na Osončje. V to študijo , so pokazali, da bodo asteroidi tipa C sčasoma odloženi v pasu in da bi bili ti asteroidi odgovorni tudi za dostavo vode na Zemljo. Ko so združili porazdelitev implantiranih asteroidov tipa C in S s svojim trenutnim delom, so ugotovili, da se ujema s sedanjo porazdelitvijo asteroidov.
Zanimivo je, da to ni prva teorija, ki sta jo Raymond in Izodoro pripravila, da bi obravnavala manjkajočo maso asteroidnega pasu. Leta 2011 je bil Raymond soavtor študije, ki je predlagala Grand Tack model, v katerem je s sodelavci predlagal, da je Jupiter migriral iz svoje prvotne orbite, potem ko je nastal. Sprva se je planet pomaknil bližje Marsovi trenutni orbiti, nato pa nazaj proti mestu, kjer je danes.
Diagram, ki primerja dve možni razlagi za nastanek asteroidnega pasu. Zasluge: Sean Raymond/planetplanet.net
Pri tem bi bil asteroidni pas očiščen, Mars pa bi bil prikrajšan za maso, kar bi povzročilo njegovo majhno velikost – glede na Zemljo in Venero. To je rešilo ključni problem s klasičnimi teorijami nastajanja asteroidnega pasu, ki je bil znan kot 'problem majhnega Marsa'. Skratka, vse prejšnje simulacije nastajanja sončnega planeta so bile nagnjene k ustvarjanju analogov Marsa, ki so bili veliko bolj masivni kot je Mars danes.
Vendar pa je hipoteza Grand Tacka še vedno vsebovala teoretične negotovosti, zaradi česar sta Raymond in Izodoro razmislila o teoriji praznega prvotnega pasu. 'Naš novi rezultat daje verodostojnost alternativnemu modelu, v katerem planetezimali sploh niso nastali v asteroidnem pasu,' je dejal. 'Različni deli tega novega alternativnega modela so bili razviti v zadnjih letih in mislim, da skupaj tvorijo solidno alternativo modelu Grand Tack.'
Če pogledamo naprej, Raymond pravi, da on in Izodoro upata, da bosta izvedla nadaljnje študije in simulacije, da bi ugotovila, ali je mogoče katero koli teorijo potrditi ali ponarediti. 'To je naslednji korak,' je dejal. 'Do naslednje (navidezno) nore ideje!'
Nadaljnje branje: Napredek znanosti , PlanetPlanet
