Meteoritter

Hvor gammel er Jupiter?

2024

Dette kan virke som et enkelt spørsmål å svare på: Det er på samme alder som solsystemet, 4,56 milliarder år.

Men det er egentlig ikke tilfelle. Solsystemet oppsto ikke bare umiddelbart ; det tok litt tid å danne seg. Hvor lenge er ikke klart, og det avhenger av hva du bruker til å starte klokken. Er det da skyen av gass og støv som solen og planetene dannet seg fra begynte å kollapse? Eller da solen slo på, fusjonering av hydrogen i kjernen , bli en fullverdig stjerne?

Et godt utgangspunkt er da fast materiale begynte å kondensere ut av skiven av materiale som virvlet rundt proto-Sun og dannet små korn av mineraler. Dette er datert til 4,568 milliarder år siden og er et ganske bra sted å starte klokken.

Etter den tiden begynte materialet å henge sammen mer, ble større og større og til slutt dannet planetene. Men detaljer teller!

hvordan bruke etterskole-appen uten facebook

Zoom inn

Kunstners forestilling om en protoplanetarisk plate. Som vår da den var ung, skjærer en stor planet i ferd med å danne et stort gap i skiven. Kreditt: Karen L. Teramura, UH IfA

En idé er at Jupiter vokste ut av mindre protoplaneter, objekter større enn omtrent 1000 kilometer som de selv vokste fra mye mindre steiner og småstein. Estimater på hvor lang tid dette tok varierer, fra 1 til 10 millioner år fra tiden null. Men det er et bredt spekter! Fordi Jupiter er så massiv, påvirker det alt rundt det, så å vite hvor lenge den tok for å komme til sin enorme størrelse er viktig for å forstå hva ellers skjedde i solsystemet den gangen.

Et nytt papir har nettopp blitt publisert og hevdet at Jupiter vokste veldig raskt, nærmere 1-millionårsmarkeringen. Og det kommer fra det som virker som en merkelig kilde: meteoritter.

Meteoritter kommer hovedsakelig fra asteroider, som selv har en bane rundt solen mellom Mars og Jupiter. Asteroider er rester av murstein fra det tidlige solsystemet, materiale som aldri ble en planet. Vi har mange bevis på at det var asteroider som ble ganske store og senere ble ødelagt, antagelig knust av gigantiske påvirkninger fra andre asteroider. Når asteroider slår seg inn i hverandre skaper de rusk som også går i bane rundt solen. Noen ganger krysser deres baner jordens og de faller til overflaten av planeten vår, hvor vi kan plukke dem opp og studere dem: meteoritter.

Meteoritter selv kommer i mange forskjellige smaker. Noen er mer steinete, noen har høyt karboninnhold, noen er metalliske. Dette gjenspeiler fortiden deres: hvor de i solsystemdisken dannet seg (for eksempel nærmere solen enn Jupiters bane eller lenger ut), om de en gang var en del av en større kropp som ble forstyrret, om de selv ble påvirket over tid , og så videre.

I det nye arbeidet undersøkte planetforskere tilstedeværelsen av wolfram og molybden i meteoritter. De valgte disse metallene fordi de er tette. I det tidlige solsystemet, da et objekt ble stort nok til å ha en betydelig tyngdekraft (kanskje rundt 1000 km i størrelse), ville tunge ting som jern, wolfram og molybden synke til kjernen. Hvis vi finner en meteoritt med mange tunge elementer, kommer den sannsynligvis fra en større kropp som ble knust; dette ville ha skjedd rundt den tiden de gigantiske planetene dannet seg, siden tyngdekraften deres rørte på ting og ville ha vært årsaken til knuste planetesimaler.

Crash Course Astronomy Episode 16: Jupiter

De så ikke bare etter wolfram og molybden; de så på forskjellige isotoper . Dette er atomer som har samme antall protoner i kjernen, men forskjellige antall nøytroner. De gjorde dette fordi forskjellige isotoper dannes fra forskjellige radioaktive prosesser, og disse tar forskjellige tid. Ved å måle de relative mengder isotoper i en prøve, de kan få en god ide om hvor gammel den er og også hvor på protoplanetarisk disk den dannet .

Det de fant er at isotopforholdene deler meteorittene i to forskjellige grupper som eksisterte samtidig i tid, men ble skilt i rommet starter omtrent 1 million år etter at planetene begynte å danne . Videre kan disse to gruppene skilles i grupper nærmere Sola enn Jupiter og lengre ut.

Noe må ha skilt materialet som dannet dem, og den mest sannsynlige synderen er Jupiter selv; dens tyngdekraft bokstavelig talt delte disken i to, og skåret et hull i den. Meteorittene som dannet seg lengre ut var forskjellige enn de som var nærmere. Dette betyr at Jupiter må ha vært massiv nok til å påvirke miljøet bare 1 million år etter at planetformasjonen begynte.

De konkluderer med at Jupiters kjerne vokste raskt og allerede var nær 20 ganger jordas masse etter en million år. Den vokste deretter langsommere til omtrent 50 ganger jordens masse etter omtrent 4 millioner år. Til slutt konsumerte den nok gass rundt den til å vokse til sin nåværende uhyrlige masse på mer enn 300 Jordar.

Så saken er avsluttet, ikke sant? Vel nei. Det er en annen idé at Jupiter ikke vokste fra bunnen av, ved at små kropper vokste til større. I stedet kan den ha dannet seg ovenfra og ned og kondensert direkte fra disken, på grunn av en gravitasjonsstabilitet som i utgangspunktet kollapset en stor del av disken raskt. Hvis det er tilfelle, ville Jupiter ikke ha en kjerne i det hele tatt!

Å kunne finne ut om Jupiter til og med har en kjerne eller ikke, vil hjelpe til med å skille de to hypotesene. Det er en av hovedgrunnene til at den fantastiske Juno -sonden faktisk ble sendt til Jupiter. Data kommer fortsatt inn, men de foreløpige resultatene er at Jupiter har en kjerne. På en måte. Kjipt synes kjernen bløt , og større enn forventet. Disse resultatene ligger mellom de to hypotesene, og utelukker heller ikke! Så vi vet fortsatt ikke. Forhåpentligvis vil flere data fra sonden når den fortsetter å gå i bane rundt den gigantiske planeten, bidra til å avgjøre hva som er.

Så selv om denne nye studien er veldig interessant og veldig smart, vil jeg si at det ikke er en røykepistol.

Hele denne vitenskapelige bestrebelsen på å prøve å finne ut hva som skjedde i det tidlige solsystemet er interessant for meg. Selvfølgelig er vitenskapen interessant, men forsøkene på å forstå den er i seg selv veldig interessante! Forskere har jobbet med det i årevis, men vi har akkurat begynt å kunne bruke sofistikerte beregningsmodeller av fysikken for å se hvordan objekter den gang oppførte seg. Så det er ikke en splitter ny idé, og den er heller ikke fullt ut etablert. Det betyr at data vanligvis kommer inn litt etter litt, mange ideer kastes rundt, datasimuleringer kjøres, noen ting er utelukket, andre er fortsatt i gang. På grunn av alt dette ser jeg papirer som går frem og tilbake med hypoteser som motsier hverandre, fordi ingen har det endelige beviset.

Vær oppmerksom på at det ikke er en svakhet. Det er en styrke! Vitenskap er vanligvis ikke en eureka -prosess; det tar tid å finne ut av det, og når du har mange mennesker med forskjellige ideer, er denne prosessen rotete. Men vitenskapsbuen bøyer seg mot sannheten. Etter hvert som vi lager bedre observasjonsinstrumenter (i dette tilfellet teleskoper og romfartøyer), utfører flere eksperimenter og bruker mer avanserte modeller, forstår vi ting bedre.

Disse nye resultatene indikerer at Jupiter ble dannet raskt og er den eldste planeten i solsystemet; fra det vi kan fortelle Jorden dannet i løpet av 10-100 millioner år etter at de første partiklene begynte å samle seg. Det kan være riktig. Det er kanskje ikke det. Men uansett er Jupiter et objekt av intens interesse og verdig å studere.

Uansett, det er vårt storesøsken. Jeg synes det er en god idé å bli bedre kjent med det.

Bildekreditt: Thought Cafe and Crash Course Astronomy