Астрономія
Астрономія

Юпітер міг утворитися у тіні від Сонця. Це пояснює умови на планеті

Вчені Національної астрономічної обсерваторії Японії припустили, що Юпітер міг утворитися у тіні від Сонця, що з'явилася внаслідок відкинутого під час формування планети пилу. Такий сценарій пояснив би необхідну для появи великої кількості азоту і благородних газів в атмосфері Юпітера температуру і навіть його положення у Сонячній системі. Детальніше теорію народженого у тіні Юпітера вчені описали на сервісі препринтів arXiv.org, а стаття готується до публікації у журналі Astronomy & Astrophysics.

NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

Що не так з атмосферою Юпітера?

Про атмосферу Юпітера ми знаємо майже все - найбільша планетна оболонка Сонячної системи складається з водню, гелію, азоту, а також аміаку, метану, сірководню і води. Однак, ми не знаємо, як вона така у планети-гіганта з'явилася, адже такий високий вміст азоту і благородних газів міг зберегтися в атмосфері лише за надзвичайно холодного навколишнього середовища. Хмари Юпітера мали б бути приблизно у півтора раза холоднішими, аніж є зараз, тож поки як ці гази вижили і потрапили в атмосферу планети, лишається загадкою.

Однією з популярних ідей серед вчених є сценарій утворення Юпітера за межами Сонячної системи, де він міг би «набратися» таких газів, а потім мігрувати ближче до нас. Втім, така подорож є досить рідкісною для планет, а Юпітеру знадобилося б близько мільйона років, щоб дійти до свого місця у Сонячній системі. А це суперечить ізотопному складу метеоритів із зовнішньої та внутрішньої частин системи, бо за перші кілька мільйонів років її існування, вони лишалися ізольованими, зокрема, як вважають вчені, через перешкоду у ролі Юпітера.

Звідки могла взятися тінь?

Температура середньої площині у зовнішній області протопланетних дисків визначається зоряним випромінюванням, що потрапляє на поверхні диска. Оскільки зоряне світло виходить з центру диска, потенційно створюється затінена область, куди пряме зоряне світло ніколи не досягає, залежно від структури поверхні внутрішньої області. Наприклад, роздутий внутрішній обід диска може блокувати зоряне світло і відкидати тінь - так зване самозатінення. Тінь також може з'явитися, коли десь накопичуються порошинки, які блокують зоряне світло. Подібне явище спостерігається навколо зірок типу Хербига, де тінь на відстані від двох до семи астрономічних одиниць, знижує температуру до 50 кельвінів.

Тож ще одним з можливих механізмів затінення орбіти Юпітера є утворення пилу на відстані, де вже починає замерзати вода. На цій сніговій лінії поверхневої щільності пилу було б достатньо, щоб відкидати тінь і створювати холодні області, де можуть замерзати летючі речовини. За підрахунками вчених, пил буде накопичуватися в області диска, де лід сублімується з твердого стану в газ, створюючи «пробку» з кам'яних зерен, де пил проходить через водяну пару.

Ілюстрація перенесення елементів у атмосферу Юпітера через його затінення на сніговій лінії. Kazumasa Ohno et al.

Ілюстрація перенесення елементів у атмосферу Юпітера через його затінення на сніговій лінії. Kazumasa Ohno et al.

Як вона вплинула на планету?

Відкинута тінь могла б створити надзвичайно холодне середовище навколо орбіти Юпітера, що призвело б до утворення там твердих частинок, багатих летючими речовинами. Розчинення таких «затінених твердих тіл» може збагатити атмосферу легколеткими елементами навіть, якщо прото-Юпітер сформувався поблизу поточної орбіти. Вона б знизила температуру до 30 кельвінів та пояснила би таку рівномірно збагачену атмосферу планети. Планетезималь, тобто ядро, сформоване в таких затемнених ділянках збагатять атмосферу цими елементами, розчинивши їх в оболонці. Для цього тінь має бути на відстані від трьох до семи астрономічних одиниць, а замерзлі там частинки мають бути трохи більш крихкими, за кригу. Однак, все ж необхідні подальші дослідження, щоб визначити, чи буде достатньо щільною така пилова тінь, щоб лишитися у динамічному середовищі протосонячного диска та встигнути збагатити атмосферу Юпітера.