Un loc de naștere întunecat poate explica chimia ciudată a lui Jupiter

Este posibil ca Jupiter să se fi format într-o umbră care a menținut locul de naștere al planetei mai rece decât Pluto. Temperatura rece ar putea explica abundența neobișnuită de anumite gaze a lumii gigantice, sugerează un nou studiu.

Jupiter este alcătuit în mare parte din hidrogen și heliu, care au fost cele mai comune elemente din discul generator de planete care s-a învârtit în jurul soarelui nou-născut. Alte elemente care erau gaze în apropierea locului de naștere al lui Jupiter au devenit și ele parte din planetă, dar doar în aceleași proporții ca și pe discul protoplanetar (SN: 6/12/17).

Astronomii cred că compoziția de elemente a Soarelui o reflectă în mare măsură pe cea a discului protoplanetar, așa că cea a lui Jupiter ar trebui să semene cu acea compoziție solară – cel puțin pentru elementele care erau gaze. Dar azotul, argonul, kryptonul și xenonul sunt de aproximativ trei ori mai frecvente pe Jupiter, în raport cu hidrogenul, decât pe Soare.

„Acesta este puzzle-ul principal al atmosferei lui Jupiter”, spune Kazumasa Ohno, un om de știință planetar la Universitatea din California, Santa Cruz. De unde au venit acele elemente suplimentare?

Dacă Jupiter s-ar fi născut la distanța sa actuală de Soare, temperatura locului de naștere al planetei ar fi fost în jur de 60 kelvin, sau –213 ° Celsius. În discul protoplanetar, acele elemente ar trebui să fie gaze la acea temperatură. Dar ar îngheța solide sub aproximativ 30 kelvin, sau –243˚ C. Este mai ușor pentru o planetă să acumuleze solide decât gaze. Așadar, dacă Jupiter ar fi apărut într-un fel într-un mediu mult mai rece decât casa sa actuală, planeta ar fi putut dobândi obiecte solide încărcate cu acele elemente suplimentare ca gheață.

Din acest motiv, în 2019, două echipe de cercetare diferite au făcut în mod independent sugestia radicală că Jupiter își are originea în înghețul adânc dincolo de orbitele actuale ale lui Neptun și Pluto, apoi s-a întors în spirală spre interior, spre Soare.

Acum Ohno și astronomul Takahiro Ueda de la Observatorul Național Astronomic al Japoniei propun o idee diferită: Jupiter s-a format acolo unde se află, dar o grămadă de praf între orbita planetei și soare a blocat lumina soarelui, aruncând o umbră lungă care a răcit locul de naștere al lui Jupiter. Temperatura geroasă a făcut ca azotul, argonul, criptonul și xenonul să înghețe solide și să devină o parte mai mare a planetei, sugerează oamenii de știință într-un studiu din iulie. Astronomie și astrofizică.

Praful care arunca umbra provenea de la obiecte stâncoase mai aproape de soare care s-au ciocnit și s-au spulberat. Mai departe de soare, unde discul protoplanetar era mai rece, apa a înghețat, dând naștere unor obiecte care semănau cu bulgări de zăpadă. Când acei bulgări de zăpadă s-au ciocnit, era mai probabil să se lipească împreună decât să se spargă și, prin urmare, nu au aruncat o umbră, spun cercetătorii.

„Cred că este o soluție inteligentă a ceva care ar fi fost dificil de rectificat altfel”, spune Alex Cridland, astrofizician la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră din Garching, Germania.

Cridland a fost unul dintre oamenii de știință care sugerase că Jupiter s-a format dincolo de Neptun și Pluto. Dar această teorie, spune el, înseamnă că Jupiter a trebuit să se apropie mult mai mult de soare după naștere. Noul scenariu evită această complicație.

planeta Saturn
Măsurarea compoziției atmosferice a lui Saturn poate indica locul nașterii lui Jupiter.NASA, ESA, A. Simon/GSFC, MH Wong/UCB, Echipa OPAL

Cum se testează noua idee? „Saturn ar putea deține cheia”, spune Ohno. Saturn este aproape de două ori mai departe de Soare decât Jupiter, iar oamenii de știință calculează că umbra de praf care a răcit locul de naștere al lui Jupiter abia a ajuns la cel al lui Saturn. Dacă da, înseamnă că Saturn a apărut într-o regiune mai caldă și, prin urmare, nu ar fi trebuit să dobândească gheață de azot, argon, cripton sau xenon. În schimb, dacă cei doi giganți gazosi s-au format într-adevăr în frig dincolo de orbitele actuale ale lui Neptun și Pluto, atunci Saturn ar trebui să aibă o mulțime de acele elemente, cum ar fi Jupiter.

Datorită sondei Galileo, care a plonjat în atmosfera joviană în 1995, astronomii cunosc aceste abundențe pentru Jupiter. Ceea ce este necesar, spun cercetătorii, este o misiune similară cu Saturn. Din păcate, în timp ce orbitează în jurul lui Saturn, nava spațială Cassini (SN: 23/08/17) a măsurat doar un nivel incert de azot în atmosfera Planetei Inelate și nu a detectat niciun argon, cripton sau xenon, așa că Saturn nu constrânge încă locul unde au apărut cei doi giganți gazosi.