Mezi oběžnými dráhami Marsu a Jupiteru leží disk kamenů, malých těles a planetoid známých jako Hlavní pás asteroidů . Existence tohoto pásu byla poprvé teoretizována v 18. století na základě pozorování, která naznačovala pravidelný vzor na drahách slunečních planet. V následujícím století začaly docházet k pravidelným objevům v prostoru mezi Marsem a Jupiterem, což přimělo astronomy k teoretizování, odkud se Pás vzal.
Vědci dlouhou dobu diskutovali o tom, zda byl Pás pozůstatkem planety, která se rozpadla, nebo pozůstatky, které zbyly z raného systému, který se nepodařilo stát se planetou . Ale a nové studium dvojice astronomů z univerzity v Bordeaux nabídla jiný pohled. Podle jejich teorie začal Pás asteroidů jako prázdný prostor, který byl postupem času postupně zaplňován kameny a troskami.
Kvůli jejich studii – která se nedávno objevila v časopiseVědecké pokrokypod názvem ' Prázdný prapůvodní pás asteroidů “ – astronomové Sean N. Raymond a Andre Izidoro z University of Bordeaux uvažovali o současném vědeckém konsensu, který spočívá v tom, že hlavní pás byl kdysi mnohem hustěji napěchován a časem se z něj vyčerpala hmota.
Umělcův dojem, jak se Pás asteroidů mohl v průběhu času zaplnit asteroidy typu C a S. Kredit: Sean Raymond/planetplanet.net
Jak Dr. Raymond vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Standardní obrázek je takový, že stavební kameny Sluneční soustavy – to, co nazýváme planetesimály, obecně považované za tělesa o velikosti 10–100 km – začaly hladce rozmístěny po celém slunečním disku tvořícím planetu. Problém je v tom, že se tím několiknásobek hmotnosti Země dostává do pásu asteroidů, kde je nyní méně než tisícina hmotnosti Země. Výzvou na tomto obrázku je proto pochopit, jak pás ztratil 99,9 % své hmoty (ale ne 100 %).“
Dr. Raymond a Dr. Izodoro zvažovali alternativní možnost, že možná prvotní pás začínal jako prázdný prostor. V souladu s touto teorií neexistovaly žádné planetesimály – tedy Ceres, Vesta, Palla a Hygeia – obíhající mezi Marsem a Jupiterem jako dnes. Začalo to jako myšlenkový experiment, který, jak Dr. Raymond přiznává, zněl zpočátku trochu bláznivě.
On a Dr. Izodoro si však brzy uvědomili, že několik protoplanetárních disků, jako je ten, který si představovali, již bylo objeveno v jiných hvězdných systémech. Například v roce 2014 Atacama Large Millimeter/submilimeter Array v Chile vyfotografoval planetární disk prachu a plynu (neboli protoplanetární disk) v systému HL Tauri, velmi mladé hvězdě nacházející se asi 450 světelných let daleko v souhvězdí Býka.
Jak ukazuje obrázek (uvedený níže), prach na tomto disku není hladký, ale skládá se z několika širokých oblastí a méně hustých oblastí. 'O přesném vysvětlení struktury tohoto disku se stále diskutuje, ale téměř všechny modely vyvolávají unášení prachu,' řekl Raymond. 'A planetesimály se tvoří, když se unášený prach hromadí do dostatečně hustých prstenců.' Takže prachové prstence by měly (myslíme) produkovat prstence planetesimál.“
Snímek disku tvořícího planetu HL Tau pořízený zařízením Atacama Large Millimeter Array. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Aby ověřili tuto hypotézu, sestrojili model rané sluneční soustavy, který zahrnoval prázdnou oblast hlavního pásu. Když simulaci posunuli kupředu, zjistili, že vznik disku souvisí se vznikem kamenných planet a postupně se stane tím, co vidíme dnes. Jak naznačil Raymond:
„Zjistili jsme, že růst kamenných planet není 100% efektivní. Zlomek planetesimál je gravitačně vyhozen ven a uvízl v pásu asteroidů. Dráhy zachycených těles se velmi shodují s dráhami asteroidů typu S. Účinnost implantace S-typů do pásu je poměrně nízká, pouze asi 1 z 1000. Pamatujte však, že pás je téměř prázdný. V dnešním pásu jsou celkem asi 4 statisíciny hmotnosti Země u typů S. Naše simulace obvykle implantovaly několikrát tolik. Vzhledem k tomu, že některé jsou ztraceny během pozdějšího vývoje Sluneční soustavy, odpovídá to jak distribuci, tak množství asteroidů typu S v pásu.
Poté zkombinovali tento model s předchozí prací, která se zabývala růstem Jupiteru a Saturnu a jak to ovlivní sluneční soustavu. v tato studie ukázaly, že asteroidy typu C se v průběhu času usadí v Pásu a že tyto asteroidy budou také zodpovědné za dodávání vody na Zemi. Když spojili distribuci implantovaných asteroidů typu C a S se svou současnou prací, zjistili, že odpovídá současné distribuci asteroidů.
Je zajímavé, že to není první teorie, se kterou Raymond a Izodoro přišli, aby řešili chybějící hmotu Pásu asteroidů. V roce 2011 byl Raymond spoluautorem studie, která navrhla Grand Tack model, ve kterém on a jeho kolegové navrhli, aby Jupiter po svém zformování migroval ze své původní dráhy. Nejprve se planeta přiblížila k současné oběžné dráze Marsu a poté se vrátila tam, kde je dnes.
Diagram srovnávající dvě možná vysvětlení toho, jak se vytvořil pás asteroidů. Kredit: Sean Raymond/planetplanet.net
V tomto procesu by byl pás asteroidů vyčištěn a Mars by byl zbaven hmoty, což vedlo k jeho zmenšené velikosti – vzhledem k Zemi a Venuši. To vyřešilo klíčový problém klasických teorií formování pásu asteroidů, který byl známý jako „problém malého Marsu“. Stručně řečeno, všechny předchozí simulace formování sluneční planety měly tendenci vytvářet analogy Marsu, které byly mnohem hmotnější, než je Mars dnes.
Nicméně hypotéza Grand Tack stále obsahovala teoretické nejistoty, což přimělo Raymonda a Izodora k úvahám o teorii prázdného prapůvodního pásu. 'Náš nový výsledek propůjčuje důvěryhodnost alternativnímu modelu, ve kterém se planetesimály v pásu asteroidů vůbec nevytvořily,' řekl. 'V posledních letech byly vyvinuty různé kusy tohoto nového alternativního modelu a myslím, že se sčítají a tvoří solidní alternativu k modelu Grand Tack.'
Při pohledu do budoucna Raymond říká, že on a Izodoro doufají, že provedou další studie a simulace, aby se zjistilo, zda lze některou z teorií potvrdit nebo zfalšovat. 'To je další krok,' řekl. 'Do dalšího (zdánlivě) šíleného nápadu!'
Další čtení: Vědecké pokroky , PlanetPlanet