Вперше учені визначили вік Юпітера – і були здивовані. Адже ядро газового гіганта виникло вже через мільйон років після утворення Сонячної системи. На це вказує ізотопний аналіз метеоритів. Існування Юпітера утворило розрив у прахмарах космосу та могло перешкодити утворенню великої Надземлі в межах Сонячної системи.
Процес виникнення Юпітера і вуглецевих (CC) та невуглецевих (NC) попередників метеоритів. Зображення: Kruijer et al./ PNAS.
Юпітер – «король» Сонячної системи: жодна інша планета не така масивна, як він, жодна не обертається так швидко і не має таких сильних штормів, як Юпітер. Ймовірно, саме його присутність зробила Сонячну систему такою, якою вона є сьогодні. Науковці припускають, що виникнення Юпітера та його міграції визначально плинули на розподіл матерії в первинній газовій хмарі, в результаті чого всередині Сонячної системи виникали лише маленькі, землеподібні планети.
Проте відколи існує Юпітер, дотепер залишалося нез’ясованим. Очевидно було те, що газовий гігант мав би виникнути до моменту розчинення первинних хмар – впродовж 10 мільйонів років після утворення Сонячної системи, адже лише тоді існувало достатньо газу, аби заповнити гігантську оболонку планети. Аби затримати газ, планетарне ядро мусило вирости спочатку до розміру 10-20 мас Землі.
Відкритим залишалося питання, коли це відбувалося та як можна датувати газового гіганта. Томас Крюєр (Thomas Kruijer) з Мюнстерського університету (Вестфальського університету імені Вільгельма) та його колеги вдалися до допомоги космосу: вони звернулися до метеоритів як до свідків. Ці метеорити виникли на ранньому етапі існування Сонячної системи й надали інформацію про склад газової хмари, в якій виникали планети та їхні супутники, – тобто і про ймовірні впливи молодого Юпітера.
Попередні аналізи вже засвідчили: збагачені вуглецем та позбавлені вуглецю метеорити походять із двох цілком різних джерел. «Ця різниця може відображати або часові зміни в складі хмари, або просторове розділення матеріалу – наприклад, орбітою Юпітера», – пояснили науковці.
Чи існували у хмарі просторові й часові розриви, науковці з’ясували завдяки 19 металевим метеоритам шести різних класів. Їх проаналізували на вміст ізотопів вольфраму та молібдену.
Результати ізотопного аналізу: метеорити виникли хоча й водночас, та в двох різних регіонах прахмари. Цей просторовий розрив «будівельного матеріалу» почався приблизно через мільйон років після виникнення Сонячної системи та тривав близько трьох мільйонів років, пояснили вчені.
«Тривалий просторовий розрив може відображати не просто великі відстані між обома резервуарами матеріалу, адже тоді вони б швидко змішалися», – каже Крюєр з колегами. На їхній погляд, існує лише одне пояснення: розрив обох ділянок в прадавній хмарі спричинив якийсь бар’єр.
Найімовірніше, цей бар’єр був ядром молодого Юпітера: «Найдостовірнішим механізмом розділення двох резервуарів матерії є акреція газового гіганта між ними, – констатують учені. – Саме цей гігант розірвав акреційний диск й перешкоджав проникненню пилових частинок». Як найбільший газовий гігант Сонячної системи, Юпітер найкраще годиться для цієї ролі.
Але це означає, що Юпітер існував уже приблизно мільйон років після виникнення Сонячної системи, а його розміри досягали принаймні 20 мас Землі, бо лише в такому випадку він би зміг створити розрив достатніх масштабів. Наступні майже три мільйони років газова планета росла далі аж до розмірів 50 мас Землі, пояснили учені.
Присутність прото-Юпітера вплинула і на кам'янисті планети Сонячної системи. Зображення: NASA/FUSE/ Lynette Cook.
«Це робить Юпітер найстарішою планетою Сонячної системи», – кажуть Крюєр та його колеги. Земля й інші кам'янисті планети, згідно з поширеною теорією, виростали повільно і лише після розчинення прадавнього газового туману. Через це вони дотепер радше бідні на газ. Натомість газові планети, на кшталт Юпітера, виникли значно швидше.
Нове датування Юпітера як старожила могло б пояснити й інші унікальні риси Сонячної системи: в жодній іншій з відомих планетарних систем внутрішні планети не починаються так далеко назовні і не є такими маленькими та бідними на газ, як у Сонячній. Дотепер причиною цього планетологи вважали передусім пізніші міграції Юпітера.
Проте нові дані доводять, що й раніша присутність Юпітерового ядра може пояснити, чому в Сонячній системі утворилися радше тендітні внутрішні планети. Молодий Юпітер розірвав прахмару, перешкодивши просуванню матерії ззовні. Так усередині було достатньо матеріалу для планет, що мають розміри Землі й менші, але для утворення великої Надземлі його виявилося замало, пояснили науковці.
Jupiter ist der älteste Planet
PNAS, 13/06/2017
Зреферувала Соломія Кривенко
16.06.2017