Znanstvenici i dalje proučavaju Sunčev sustav, a to izgleda vrlo zanimljivo. Na primjer, moderne planetarne orbite skrivaju tragove koji otkrivaju teške uvjete podrijetla Sunčevog sustava - i, možda, postojanje međuzvjezdanog giganta koji je davno zalutao. Naš sunčev sustav je poput mjesta zločina koji se dogodio prije 4,6 milijardi godina.
Suvremene orbite prepune su tragova koji otkrivaju teške uvjete podrijetla Sunčevog sustava - i moguće postojanje međuzvezdanog giganta koji je davno zalutao.
Naš sunčev sustav je poput mjesta zločina koji se dogodio prije 4,6 milijardi godina.
Površine posute kraterima, raseljene planetarne orbite i oblaci međuplanetarnih krhotina kozmički su analozi prskanja krvi po zidu i klizajućih tragova automobila koji napuštaju put. Ovi i drugi tragovi govore o kaotičnom podrijetlu naše planetarne obitelji.
Među tim tragovima leže tragovi o izgubljenom bratu, planeti 9 (ne, ne Plutonu), bačenom u gravitacijskom tegljaču koji je pratio izvorno stvaranje sunčevog sustava.
Danas na periferiji Sunčevog sustava dominiraju četiri ogromna planeta: Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Iza njih je pojas Kuiper - polje ledenih komada, među kojima se nalazi i Pluton.
"Nemojte misliti da je periferija Sunčevog sustava oduvijek bila ista kao sada", kaže David Nesvorny, planetarni znanstvenik iz jugozapadnog istraživačkog instituta u Boulderu, Colorado, koji se prvi oglasio u korist postojanja odbjeglog planeta 2011. godine. godina.
Nesvorni je član skupine znanstvenika koji pokušavaju shvatiti kako se razvijao Sunčev sustav u prvih nekoliko stotina milijuna godina svog postojanja. Koristeći sofisticirane računalne modele, istraživači su sastavili kronologiju sudara novorođenih planeta koji su nastali relativno blizu jedan drugom - naizmjenično su klizali i skakali s jedne orbite na drugu. Ovi su modeli otkrili mnoge male detalje o tome kako se planete, asteroidi i kometi danas okreću oko sunca.
Promotivni video:
Postojao je samo jedan problem. Simulirani scenariji obično su završavali istjerivanjem Urana ili Neptuna iz Sunčevog sustava, o čemu je Nesvorny napisao u rujnu u Godišnjem pregledu astronomije i astrofizike.
Budući da u stvarnosti Uran i Neptun ostaju na svojim mjestima - svemirske letjelice obišle su ih obojicu - nešto u tim scenarijima nije uspjelo. Međutim, kao što mnogi istraživači sumnjaju, ključni igrač u ovoj misteriji i karika koja nedostaje u povijesti Sunčevog sustava mogao bi biti peti planet diva.
Izgubljeni planet
Astronomi se oslanjaju na računalne modele kako bi rekreirali te drevne prizore, stvarajući tisuće različitih solarnih sustava na tisuće različitih načina. Oni prevode zakone fizike i sve početne planetarne položaje koje mogu smisliti u kod. Istraživač postavlja parametre - jedan planet ovdje, gomila asteroida tamo - i zatim se naslanja u svoju stolicu i pušta da simulirano okruženje obavlja sav posao za njega. Nakon nekoliko tjedana u stvarnom vremenu - milijuna godina u modelu - astronom provjerava rezultate kako bi vidio što se dogodilo sa Sunčevim sustavom. Što se bliži stvarnosti, to je model uspješniji.
To je učinio Nesvorni 2009. godine. Zaronio se u virtualni solarni sustav pokušavajući spasiti virtualni Uran i virtualni Neptun iz svojih virtualnih staza u dubokom svemiru.
Problem je bio Jupiter, ogromni huliganski planet čija gravitacija može doseći dovoljno daleko da ga mogu potisnuti manji planeti i razni krhotine. U dosad najuspješnijoj simulaciji Jupiter i jedan od dva vanjska planeta odskočili su jedan od drugog i na kraju se smjestili u svoje sadašnje orbite. Ali to se dogodilo samo u jednom postotku svih modela. U preostalih 99% slučajeva Jupiter je bacio Uran ili Neptun toliko snažno da su napustili Sunčev sustav i više se nisu vratili u njega.
"Ovo je situaciju učinilo vrlo tajanstvenom, jer smo znali da Uran i Neptun i dalje postoje u svom sadašnjem obliku", kaže Nesvorni. Tako je nastavio eksperimentirati. Nakon godinu dana simuliranja bezbroj različitih scenarija, počeo je razmišljati o dodavanju mučeničkih planeta - dodatnih planeta žrtvovanih da bi spasili ostale.
"Samo sam simulirao njihovo postojanje kako bih vidio što se dogodilo, a ne zato što sam ozbiljno shvatio samu ideju", kaže Nesvorni. "Ali tada sam shvatio da u tome može biti razumnog zrna." Vodio je oko 10 000 scenarija, mijenjajući broj dodatnih planeta, njihov izvorni položaj i masu svakog od njih.
Najbolja opcija, koja je najpreciznije predvidjela trenutno stanje našeg Sunčevog sustava, pokazala se u kojoj se dodatni planet nalazio između izvornih orbita Saturna i Urana. Po masi, planeta je bila približno jednaka Uranu i Neptunu i bila je gotovo 16 puta veća od Zemlje. To je takav planet koji bi se mogao sudarati s orbiti Jupitera i izletjeti iz Sunčevog sustava.
Grafikon pokazuje kako se udaljenost između planeta i sunca mijenjala tijekom vremena. Prvih nekoliko milijuna godina u računalnom modelu orbite su se polako mijenjale, tada je došlo do bliskog kontakta Saturna (zelena) i dodatnog planeta (ljubičasta), što je dovelo do destabilizacije orbita. Točkaste crte označavaju trenutne veličine orbite. (Izvor: preuzeto iz materijala D. Nesvorny / odjeljak astronomije i astrofizike časopisa Knovable, 2018.)
Šanse su još uvijek male. U sljedećim modelima ovo usklađivanje završilo je uspjehom u otprilike pet posto vremena. „Postojanje Sunčevog sustava kakvo jest nije tipično niti predvidljivo“, primijetio je Nesvorny 2012. godine u dokumentu koji je u koautoru s kolegom Alessandrom Morbidellijem iz opservatorija Francuske rivijere. Unatoč tome, model je značajno poboljšao stopu uspjeha od 1% za one modele koji uključuju samo četiri divovska planeta kakve danas poznajemo i volimo.
"Ako pretpostavimo da je peti planet mnogo lakši je objasniti što se događa", kaže Sean Raymond, planetarni znanstvenik sa Sveučilišta u Bordeauxu u Francuskoj. Iako su dokazi uglavnom posredni, "puno je logičnije pretpostaviti da je tada postojao i peti planet".
To se može činiti kao vrlo kontroverzna pretpostavka. Kako astronomi mogu išta znati o onome što se dogodilo prije četiri milijarde godina, čak i sa planetima koje sada možemo promatrati, a kamoli onima o kojima ništa ne znamo? No, ispada da su planeti ostavili mnogo bitnih ožiljaka mladosti kao dokaz detektivima budućnosti.
Međuplanetarno prskanje krvi
"Više smo nego sigurni da planeti nisu nastali tamo gdje su danas", rekao je Nathan Keib, planetarni znanstvenik sa Sveučilišta u Oklahomi u Normanu.
Međutim, ta se realizacija dogodila sasvim nedavno. Veći dio povijesti astrolozi nisu imali sumnje da su planeti uvijek bili na njihovim sadašnjim orbitama. No, početkom 1990-ih, istraživači su shvatili da nešto nedostaje takvom modelu.
Neptun i Triton.
Tik iza orbite Neptuna nalazi se Kuiperov pojas, raspršenje ledenih krhotina koje okružuju sunce. "Ovo je naš pljusak krvi na zidu", kaže Konstantin Batygin, planetarni znanstvenik sa Kalifornijskog tehnološkog instituta.
Položaj predmeta Kuiperovog pojasa doveo je istraživače do neizbježnog zaključka: Neptun se trebao formirati mnogo bliže Suncu nego što to trenutno mjesto sugerira. Mnogi predmeti Kuiperovog pojasa skupe se u koncentričnoj orbiti koja nejasno nalikuje utorima na glazbenom zapisu. Te su orbite gotovo slučajne - izravno su povezane s Neptunom.
Na primjer, Pluton je najpoznatiji stanovnik Kuiperovog pojasa. On i nekoliko stotina njegovih kolega koji su nam poznati, napravili su točno dva okretaja oko Sunca u tri koja Neptun čini u istom razdoblju. Ostali tokovi krhotina u pojasu donose jednu potpunu revoluciju za svaka dva koja Neptun dovrši - ili bolje rečeno, četiri za svakih sedam.
Kuiperov pojas ne bi se mogao načiniti bez vanjskog utjecaja. Međutim, ako pretpostavimo da se Neptun pojavio bliže Suncu, a zatim se pomaknuo prema van, njegova gravitaciona sila bila bi dovoljno jaka da u svoje mreže ulovi međuplanetarne krhotine i pošalje ih u ove neobične orbite.
Ovaj model pokazuje kako se tijesni raspored vanjskih planeta (slika slijeva) može mijenjati s vremenom. Orbite Jupitera i Saturna se konvergiraju (središnja slika), što dovodi do promjene u svim ostalim orbitama. Konkretno u ovom modelu se mijenjaju Uran i Neptun. Nešto kasnije, (slika s desne strane) svemirske krhotine su se raspršile - dio se taložila u Kuiperovom pojasu, dok se planete počinju kretati prema svojim sadašnjim orbitama. (Izvor: prilagođeno iz Astromarka / Wikimedia Commons.)
To se poklapalo s predviđanjima nekih modela dobivenih desetljećem ranije.
Formiranje planeta iza sebe je ostavilo nered krhotina razasutih po Sunčevom sustavu. Svaki fragment koji se previše približio Neptunu neizbježno bi pao pod utjecaj njegove gravitacije. Budući da svaku akciju prati jednaka sila suprotstavljanja, svaki put kad je Neptun gurnuo oštricu, i sam se kretao u suprotnom smjeru. Neptun se polako, ali sigurno odmaknuo od sunca.
Proces migracije Neptuna odnosi se i na druge planete divova. Uostalom, Jupiter, Saturn i Uran su prošli kroz isto krhotinsko polje i bavili se sličnim gravitacijskim interakcijama. A da se Neptun preselio na novo mjesto, isto bi se trebalo dogoditi i sa svim ostalim divnim planetima.
I taj postupak očito nije bio u redu.
Neprekidni sudari sa svim tim krhotinama trebali su pretvoriti orbite divovskih planeta u savršene, vitke krugove - baš kao što je glina na lončarskom kolu zaglađena čvrstom lončarskom rukom. Međutim, ispostavilo se da su orbite posve različite. Umjesto toga, divovski planeti kreću se u blago izduženim i iskrivljenim orbitama. Kao da je netko udario u kotač, izmjenjujući nekad okrugle posude.
Jupiter skoči
Do 2005. godine, istraživači su identificirali krivca. Novi su modeli sugerirali da su u jednom trenutku džinovski planeti prošli kroz ono što znanstvenici nazivaju "dinamičkom nestabilnošću". Drugim riječima, za oko milijun godina sve se pretvorilo u lud vrtlog. Najvjerojatniji razlog za to činio se nizom sudara Saturna i Urana, odnosno Neptuna - to jest jednog od ledenih velikana - koji je jednog od njih poslao izravno prema Jupiteru. Čim se približeni izgubljeni planet približio, njegova je gravitacija povukla Jupiter, usporivši ga i gurnuvši ga u užu orbitu. Međutim, Jupiter je povukao invazivni planet s ne manjom silom. Ledeni div, budući da je bio puno lakši, ubrzao je puno više nego što je Jupiter usporio i krenuo dalje od sunca.
Takav bi incident bio gravitacijski pogrom za Sunčev sustav. Jupiter je skočio dublje prema unutra, dok su ostali vanjski planeti skočili prema van. Takav nagon bi usmjerio orbite divovskih planeta u njihovo trenutno stanje. Uz to, spasio bi unutarnji sunčev sustav - Merkur, Venera, Zemlja, Mars i asteroidni pojas - od gravitacije Jupitera i Saturna, što je bio još jedan problem u najranijim modelima.
Što nas dovodi do uklanjanja Urana ili Neptuna iz sustava. Upravo u ovoj fazi simulacije Jupiter najčešće baca jednog od ledenih velikana.
Upravo je to problem koji je Nesvorny pokušao riješiti ne razbijajući sve ostalo u simulacijama koje su djelovale. Dodatni ledeni div otklonio je veliki udarac Jupitera, dajući ostatku scenarija mogućnost da se nesmetano odvija.
"To je prilično uvjerljivo", kaže Batygin. "Uopće nije činjenica da su uvijek postojala točno dva ledena velikana umjesto tri." Naprotiv, kaže, neke kalkulacije omogućuju izvorno postojanje do pet planeta sličnih Neptunu.
Batygin i njegovi kolege istraživali su to pitanje paralelno s Nesvornijem, iako iz različitih razloga. "Htio sam pokazati da ne može postojati dodatni ogromni planet", kaže Nesvorni.
Jupiterova velika crvena mrlja. Fotografiju snimio Voyager 1.
Zaključio je da je na izlasku iz Sunčevog sustava ovaj navodni planet morao ostaviti trag tu i tamo u Kuiperovom pojasu, u području poznatom kao "hladni klasični pojas". Da je Kuiperov pojas bio krafna, nastavlja Batygin, hladni klasični pojas postao bi njegovo čokoladno punjenje - gomila predmeta čija se orbita nalazi praktički u istoj ravnini unutar Kuiperovog pojasa. Planeta koja prolazi trebala je uništiti ove orbite - barem, tako su vjerovali Batygin i njegovi kolege.
Njihovi računalni modeli pokazali su da se ništa slično nije dogodilo. Na njihovo iznenađenje, planet prognanika ne bi uništio hladni klasični pojas na izlasku. To ne dokazuje postojanje planete - dobiveni rezultat samo ukazuje da bi sunčev sustav mogao postojati u svom trenutnom obliku, i s njim i bez njega. Je li ovaj planet mogao ostaviti jasniji trag? Ili, vraćajući se analogiji mjestu zločina, postoje li tragovi sklizanja? Nesvorni smatra da bi takvi tragovi mogli i ostati.
Srž istine
Postoji još jedan dio Kuiperovog pojasa - uski tok ledenih krhotina nazvanih jezgrom, čija orbita ne odgovara trenutnom položaju Neptuna. Njeno je podrijetlo misterija. U 2015. godini Nesvorni je tvrdio da bi, možda, razlog svemu mogao biti kretanje Neptuna od Sunca, a koje je izazvalo prošla planeta.
Kako se Neptun kretao u svojoj posljednjoj orbiti i odbacio krhotine u orbite koje su u skladu s njegovom, mogao bi se u nekom trenutku otkriti koji je otpustio dovoljno te krhotine da stvori vlastiti tok.
Modeli su pokazali da bi isti gravitacijski utjecaj koji bi mogao natjerati Jupitera da skoči s orbite na orbitu i gurnuti dodatni planet iz Sunčevog sustava, mogao dogoditi u pravo vrijeme da gurne i Neptun.
"Rezultat je nešto poput kernela", kaže Nesvorni. "Ovo su indirektni dokazi … nije uvjerljiv."
Uistinu, nikada nećemo znati sigurno što se dogodilo u Sunčevom sustavu tijekom njegovog formiranja. "Ne možemo pisati Bibliju sunčevog sustava", kaže Batygin. "O tim događajima možemo razgovarati samo u vrlo općenitom smislu."
Ako je jedan od stanovnika Sunčevog sustava doista protjeran iz njegovih granica, u dobrom je društvu. Posljednjih godina astronomi su otkrili nekoliko besramnih planeta koji se gibaju između zvijezda, a koji su, najvjerojatnije, također izbačeni iz svojih domova. Projektirajući rezultate ovog otkrića na ostatak galaksije, "daleko je više planeta koji lete veličine Jupitera u odnosu na zvijezde", kaže Nesvorni.
Ovo može biti pretjerivanje - prema nedavnim procjenama, postoji samo jedan planet nalik Jupiteru na svake četiri zvijezde - ali to je još uvijek milijuni roaming svjetova. A to su samo oni koji su po veličini usporedivi s Jupiterom. Naš odmetnik je vjerojatno bio manji - otprilike veličine Neptuna; i nemamo pojma koliko takvih tijela luta po galaksiji. Ali znamo da je Svemir skloniji malim tijelima nego onima velikim.
"Kladim se da ih ima puno", kaže Nesvorni. Između ostalog, astronomi su otkrili tisuće zvjezdanih sustava u Mliječnom putu, a mnogi od njih pokazuju znakove sudara u mnogo većem mjerilu od gore spomenutog. "Nevjerojatno je", kaže Nesvorni, "koliko je sunčan sustav ostao uredan."
Christopher Crockett