Юпитер мог образоваться в тени, из-за которой место рождения планеты было холоднее, чем Плутон. Новое исследование предполагает, что низкая температура может объяснить необычайное изобилие определенных газов в гигантском мире.
Юпитер состоит в основном из водорода и гелия, которые были наиболее распространенными элементами в диске, порождающем планету, который вращался вокруг новорожденного Солнца. Другие элементы, которые были газами вблизи места рождения Юпитера, также стали частью планеты, но только в тех же пропорциях, что и в протопланетном диске.
Астрономы считают, что состав элементов Солнца в значительной степени отражает состав протопланетного диска, поэтому состав Юпитера должен напоминать состав Солнца — по крайней мере, для элементов, которые были газами. Но азот, аргон, криптон и ксенон примерно в три раза чаще встречаются на Юпитере по сравнению с водородом, чем на Солнце.
«Это главная загадка атмосферы Юпитера», — говорит Казумаса Оно, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Круз. Откуда взялись эти дополнительные элементы?
Если бы Юпитер родился на нынешнем расстоянии от Солнца, температура на месте рождения планеты была бы около 60 кельвинов, или –213 по Цельсию. В протопланетном диске эти элементы должны быть газами при этой температуре. Но они замерзли бы при температуре ниже 30 кельвинов, или –243 C.Планете легче срастаться с твердыми телами, чем с газами. Так что, если бы Юпитер каким-то образом возник в гораздо более холодной среде, чем его нынешний дом, на планете могли бы появиться твердые объекты, содержащие эти дополнительные элементы, такие как лед.
По этой причине в 2019 году две разные исследовательские группы независимо друг от друга сделали радикальное предположение, что Юпитер возник в условиях глубокой заморозки за пределами текущих орбит Нептуна и Плутона, а затем повернулся по спирали внутрь к Солнцу.
Теперь Оно и астроном Такахиро Уэда из Национальной астрономической обсерватории Японии предлагают другую идею: Юпитер сформировался там, где он есть, но скопление пыли между орбитой планеты и солнцем заблокировало солнечный свет, отбросив длинную тень, которая охладила место рождения Юпитера. Морозная температура заставила азот, аргон, криптон и ксенон замерзнуть и стать большей частью планеты, предполагают ученые в исследовании, опубликованном в июльском журнале Astronomy & Astrophysics.
Пыль, отбрасывающая тень, исходила от скалистых объектов, расположенных ближе к солнцу, которые столкнулись и разбились. Дальше от Солнца, где протопланетный диск был холоднее, вода замерзла, давая начало объектам, напоминающим снежки. Исследователи говорят, что когда эти снежки сталкивались, они с большей вероятностью слиплись, чем разлетелись, и поэтому не отбрасывали большой тени.
«Я думаю, что это умное исправление того, что иначе было бы трудно исправить», — говорит Алекс Кридланд, астрофизик из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге, Германия.
Кридланд был одним из ученых, которые предположили, что Юпитер образовался за пределами Нептуна и Плутона. Но эта теория, по его словам, означает, что Юпитер должен был переместиться намного ближе к Солнцу после рождения. Новый сценарий позволяет избежать этого осложнения.
Как проверить новую идею? «Ключом может быть Сатурн», — говорит Оно. Сатурн почти вдвое дальше от Солнца, чем Юпитер, и ученые подсчитали, что тень от пыли, охладившая место рождения Юпитера, едва достигла Сатурна. Если это так, это означает, что Сатурн возник в более теплой области и поэтому не должен был приобретать лед азота, аргона, криптона или ксенона. Напротив, если два газовых гиганта действительно сформировались на холоде за пределами нынешних орбит Нептуна и Плутона, то Сатурн должен иметь много этих элементов, как Юпитер.
Благодаря зонду «Галилео», который совершил погружение в атмосферу Юпитера в 1995 году, астрономы знают эти содержания для Юпитера. Исследователи говорят, что необходима аналогичная миссия к Сатурну. К сожалению, находясь на орбите Сатурна, космический аппарат Кассини измерил только неопределенный уровень азота в атмосфере Кольцевой планеты и не обнаружил аргона, криптона или ксенона, поэтому Сатурн еще не ограничивает, где находятся два газа. возникли гиганты.
