Kuu ja sen tummat täplät. Kuvan luotto: NASA. Klikkaa suurentaaksesi.
Jokaisen kulttuurin ihmiset ovat kiehtoneet Kuun synkät 'täplät', jotka näyttävät muodostavan kanin, sammakon tai klovnin kasvot. Apollo-tehtävien myötä tutkijat havaitsivat, että nämä piirteet ovat itse asiassa valtavia vaikutusaltaita, jotka tulvivat nyt jähmettyneellä laavalla. Yksi yllätys oli, että nämä altaat muodostuivat suhteellisen myöhään varhaisen aurinkokunnan historiassa - noin 700 miljoonaa vuotta Maan ja Kuun muodostumisen jälkeen. Monet tutkijat uskovat nyt, että nämä kuun törmäysaltaat todistavat planeettojen pommitusnopeuden valtavasta piikkistä, jota kutsutaan myöhäiseksi raskaaksi pommitukseksi (LHB). Monien mielestä tällaisen voimakkaan pommituksen syy on kuitenkin yksi aurinkokunnan historian parhaiten säilyneistä mysteereistä.
Nature-lehden tämän viikon numerossa julkaistussa kolmen artikkelin sarjassa kansainvälinen planeettatieteilijöiden ryhmä, Rodney Gomes (Brasilian kansallinen observatorio), Harold Levison (Southwest Research Institute, Yhdysvallat), Alessandro Morbidelli (Observatoire de la C ?te d'Azur, Ranska) ja Kleomenis Tsiganis (OCA ja Thessalonikin yliopisto, Kreikka) – jotka kokoontuivat Nizzan Observatoire de la C?te d'Azurin vierailijaohjelmaan – ehdottivat mallia, joka ei ainoastaan ratkaise luonnollisesti. LHB:n alkuperän mysteeri, mutta selittää myös monet ulkoisen planeettajärjestelmän havaitut ominaisuudet.
Tämä uusi malli kuvittelee, että neljä jättiläisplaneettaa, Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus, muodostuivat erittäin kompaktissa kiertoradassa, jota ympäröi jäästä ja kivestä tehty pienten esineiden kiekko (tunnetaan nimellä 'planetesimaalit'). Nizzan tiimin numeeriset simulaatiot osoittavat, että osa näistä planetesimaaleista vuoti hitaasti ulos levyltä planeettojen gravitaatiovaikutusten vuoksi. Planeetat hajottivat näitä pienempiä esineitä ympäri aurinkokuntaa, joskus ulospäin ja joskus sisäänpäin.
'Kuten Isaac Newton meille opetti, jokaisella teolla on yhtäläinen ja päinvastainen reaktio', Tsiganis sanoo. 'Jos planeetta heittää planetesimaalin pois aurinkokunnasta, planeetta siirtyy kohti Aurinkoa, vain pienen verran, korvauksena. Jos toisaalta planeetta hajottaa planetesimaalin sisäänpäin, planeetta hyppää hieman kauemmaksi Auringosta.'
Numeeriset simulaatiot osoittavat, että keskimäärin Jupiter liikkui sisäänpäin, kun taas muut jättiläisplaneetat liikkuivat ulospäin.
Aluksi tämä oli hyvin hidas prosessi, ja kesti miljoonia vuosia, ennen kuin planeetat liikkuivat vähän. Sitten tämän uuden mallin mukaan tilanne muuttui yhtäkkiä 700 miljoonan vuoden jälkeen. Tuolloin Saturnus vaelsi pisteen läpi, jossa sen kiertoaika oli tasan kaksinkertainen Jupiterin kiertokulkuun verrattuna. Tämä erityinen kiertoradan konfiguraatio sai Jupiterin ja Saturnuksen kiertoradat yhtäkkiä muuttumaan elliptisemmiksi.
'Tämä sai Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradat hulluksi', Gomes sanoo. 'Heidän kiertoradansa muuttuivat hyvin eksentrisiksi ja ne alkoivat levitä gravitaatiolla pois toisistaan - ja myös Saturnus.'
Nizzan tiimi väittää, että tämä Uranuksen ja Neptunuksen kiertoradan kehitys aiheutti LHB:n Kuussa. Heidän tietokonesimulaationsa osoittavat, että nämä planeetat tunkeutuivat hyvin nopeasti planetesimaalisen levyn läpi ja siroittivat esineitä ympäri planeettajärjestelmää. Monet näistä esineistä pääsivät sisäiseen aurinkokuntaan, jossa ne pippusivat Maata ja Kuuta iskuilla. Lisäksi koko prosessi horjutti asteroidien kiertoradat, mikä olisi myös vaikuttanut LHB:hen. Lopuksi planetesimaalisen kiekon gravitaatiovaikutukset saivat Uranuksen ja Neptunuksen kehittymään nykyisille kiertoradoilleen.
'Se on erittäin vakuuttava', Levison sanoo. 'Olemme tehneet useita kymmeniä simulaatioita tästä prosessista, ja tilastollisesti planeetat päätyivät hyvin samankaltaisille kiertoradoille kuin me näemme, oikeilla eroilla, epäkeskisuuksilla ja kaltevuuksilla. Joten LHB:n lisäksi voimme selittää myös jättiläisplaneettojen kiertoradat. Mikään muu malli ei ole koskaan aiemmin saavuttanut kumpaakaan.”
Yksi este oli kuitenkin vielä voitettavana. Aurinkokunta sisältää tällä hetkellä joukon asteroideja, jotka kiertävät olennaisesti samaa kiertorataa kuin Jupiter, mutta johtavat tai seuraavat planeettaa noin 60 asteen kulmaetäisyydellä. Tietokonesimulaatiot osoittavat, että nämä 'troijalaisina asteroideina' tunnetut kappaleet olisivat kadonneet, kun jättiläisplaneettojen kiertoradat muuttuivat.
'Istuimme kuukausia murehtien tätä ongelmaa, joka näytti tekevän mallimme mitättömäksi', Morbidelli sanoo, 'kunnes tajusimme, että jos lintu voi paeta avoimesta häkistä, toinen voi tulla pesimään siihen.'
Nizzan tiimi havaitsi, että jotkut planeetan evoluutiota ohjaavat ja LHB:n aiheuttaneet kohteet olisivat myös jääneet Troijan asteroidien kiertoradalle. Simulaatioissa loukkuun jääneet troijalaiset osoittautuivat toistavan havaittujen troijalaisten kiertoradan jakauman, jota ei ole toistaiseksi selitetty. Loukkuun jääneiden esineiden ennustettu kokonaismassa oli myös yhdenmukainen havaitun populaation kanssa.
Kaiken kaikkiaan Nizzan tiimin uusi malli selittää luonnollisesti jättiläisplaneettojen, troijalaisten asteroidien ja LHB:n kiertoradat ennennäkemättömällä tarkkuudella. 'Mallimme selittää niin monia asioita, että uskomme sen olevan periaatteessa oikein', Mordibelli sanoo. 'Uloisen aurinkokunnan rakenne osoittaa, että planeetat kävivät todennäköisesti ravistelun läpi paljon planeetan muodostumisprosessin päättymisen jälkeen.'
Alkuperäinen lähde: SWRI:n uutistiedote
