Странные вещи произошли во внешней солнечной системе
Самая большая планета нашей Солнечной системы, Юпитер, украшенная разноцветными полосами, похожими на клоунов, и изрытая вихревыми багровыми штормами, действительно является планетарным монархом нашей сказочной семьи Солнца. Этот великолепный полосатый чудовище, как и другие монархи, имеет преданную свиту последователей, сопровождающих каждый его шаг, когда он идет вокруг нашего Солнца. Астероиды Jovian Trojan представляют собой большую группу скалистых последователей, которые разделяют орбиту своей планеты и составляют две различные устойчивые группы — одна группа, которая движется впереди планеты на своей орбите, в то время как другой отстает от него сзади. В сентябре 2018 года ученые-планетологи из Юго-Западного научно-исследовательского института (SWRI) в Сан-Антонио, штат Техас, объявили о своих новых находках, раскрывающих истинную природу необычного и восхитительного дуэта троянцев Юпитера. Их новое исследование указывает на древнюю планетарную встряску и последующую перестройку нашей Солнечной системы, когда она была еще совсем молодой и формирующейся.
Троянские астероиды названы в честь героев, фигурирующих в классических греческих эпических поэмах, Илиада и Одиссея оба приписаны Гомеру. Дуэт троянских астероидов изученный учеными SwRI носит легендарные имена Petroclus и Menoetius . Дуэт также является целью НАСА — предстоящей миссии Люси целью которой является исследование скалистых последователей нашей крупнейшей планеты Солнечной системы.
Petroclus и Menoetius имеют ширину около 70 миль и вращаются вокруг друг друга, когда они вместе вращаются вокруг своей планеты, оба рабски связаны с их странствующим миром. Это единственный большой бинарный файл, существующий среди двух тяжелых популяций троянских астероидов.
«Троянцы были визуально захвачены во время драматического периода динамической нестабильности, когда произошла стычка между гигантскими планетами Солнечной системы — Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном», — отметил доктор Дэвид Несворный в пресс-релизе SwRI от 10 сентября 2018 года . Доктор Несворный из SwRI является ведущим автором статьи, описывающей это новое исследование под названием: Свидетельства очень ранней миграции планет Солнечной системы из Патрокла Menoetius Binary Jupiter Trojan, опубликованный в журнале Nature Astronomy.
Эта древняя планетарная перестройка нашей Солнечной системы подтолкнула дуэт ледяных гигантов Уран и Нептун наружу, где они встретились с большой первобытной популяцией небольших тел, которые, как полагают, являются предками сегодняшнего дня # 39 ; s Объекты пояса Койпера (KBO) которые танцуют вокруг нашей Звезды во внешних пределах нашей Солнечной системы. Пояс Койпера — это далекий холодный дом замороженного множества кометных ядер, карликовых планет и крошечных ледяных лакомых кусочков. В этом отдаленном регионе вечных сумерек Солнце изливает свои слабые огни так далеко, что висит в небе, словно это была просто очень большая звезда, плывущая по темному небесному морю с множеством других звезд. Карликовая планета Плутон является одним из крупнейших КБО.
«Многие маленькие тела этого изначального пояса Койпера были разбросаны внутрь, и некоторые из них оказались в ловушке как троянских астероидов, », — добавил доктор Несворный. Юпитер и прекрасный «Властелин колец», Сатурн, газовые гиганты. Напротив, их соседи по внешней солнечной системе, Уран и Нептун, являются ледяными гигантами. Пара газовых гигантов намного больше, чем дуэт нашей Солнечной системы ледяных гигантов и они также имеют гораздо более толстые газовые оболочки. Считается, что меньшие ледяные гиганты имеют более крупные твердые ядра, окруженные более тонкой газовой атмосферой, чем те, которые покрывают как Юпитер, так и Сатурн. Кроме того, пара газ-гигант может вообще не содержать твердых ядер, но может состоять из газов и жидкостей.
Трояны Юпитера являются темными и показывают безликие красноватые спектры. Нет убедительных доказательств присутствия воды или любого другого специфического соединения на их поверхностях на основании их спектров. Однако многие ученые-планетологи предполагают, что они закодированы в толинах которые представляют собой органические полимеры, образованные излучением нашего Солнца. Трояны Юпитера отображают плотности (основанные на исследованиях двойных или вращательных кривых блеска), которые меняются, и считается, что они гравитационно привязаны к своим текущим орбитам на ранних стадиях нашего Эволюция Солнечной системы — или, может быть, чуть позже, в период миграции планет-гигантов.
Все звезды, включая наше собственное Солнце, рождаются в окружении вихревого закрученного диска из газа и пыли, который называется протопланетным аккреционным диском . Эти кольца окружают маленьких звездочек и содержат важные компоненты, из которых окружение планет, а также более мелкие объекты, абсолютно возникают.
Наша Солнечная система, как и другие системы, окружающие звезды за пределами Солнца, развиваются, когда чрезвычайно слабый и надежно небольшой шарик — скрытый внутри волнистых складок темного, холодного, гигантского молекулярного облака — гравитационно разрушается под действием собственной неумолимой и беспощадной гравитационной тяги. Такие удивительные, красивые и сгущающиеся облака населяют нашу Галактику в Млечном Пути в большом количестве, как если бы они были прекрасными плавающими призраками, плавающими в пространстве между звездами. Эти темные облака служат странным местом рождения маленьких звезд.
Большая часть коллапсирующей капли накапливается в центре и чрезвычайно воспламеняется в результате реакций ядерного синтеза — и рождается звезда. То, что остается от газа и пыли прежнего сгустка, становится протопланетным аккреционным диском из форм солнечной системы. На самых ранних этапах такие аккреционные диски являются чрезвычайно массивными и очень горячими, и они могут задерживаться вокруг своей юной звезды (протозвезды) целых десять лет. миллион лет.
К тому времени, когда звезда, подобная нашему Солнцу, достигла стадии своего детского возраста T Tauri чрезвычайно горячий и массивный окружающий диск стал тоньше и холоднее. Звезду T Tauri можно сравнить с человеческим ребенком. Эти звездные малыши — переменные звезды, и они чрезвычайно активны в нежном возрасте всего 10 миллионов лет. Т Таурис рождаются с большими диаметрами, которые в несколько раз превышают диаметр нашего Солнца сегодня. Однако, T Tauris находятся в процессе сокращения. В отличие от человеческих малышей, T Tauris сжимаются по мере взросления. К тому времени, когда звездный малыш достиг этой стадии своего развития, менее летучие материалы начали конденсироваться близко к центру закрученного окружающего диска, образуя таким образом чрезвычайно дымные и дымообразные частицы пыли. Эти «липкие» частицы пыли содержат кристаллические силикаты.
Мелкие пылинки всегда сталкиваются в среде переполненного диска и склеиваются друг с другом, создавая все более и более крупные объекты — от размера гальки до размера горы, до размера астероида и кометы, к размеру луны, к размеру планеты. Эти растущие объекты становятся звездной системой первичной популяции планетезималей которые являются строительными блоками планет. То, что осталось от большой популяции планетезималей после эры формирования планет, может задерживаться вокруг своих родительских звезд на протяжении многих лет после того, как сформировалась зрелая система, такая как наша собственная Солнечная система. В нашей собственной Солнечной системе кометы и астероиды являются остатками первичных планетезималей.
Термин «троян» стал более широко использоваться для обозначения других небольших тел Солнечной системы, которые демонстрируют аналогичные отношения с более крупными телами. Например, существуют марсианские трояны и Нептун трояны . Кроме того, планета-газ-гигант Сатурн имеет антураж из троянских лун. Действительно, НАСА недавно сообщило об открытии трояна Земли! Сам термин Троянский астероид обычно понимается как относящийся к троянам Юпитера потому что первый Трояны были обнаружены вблизи орбиты Юпитера — и Юпитер также в настоящее время обладает самыми известными троянцами.
История охоты
В 1772 году итальянско-французский математик Жозеф-Луи Лагранж (1736-1813) предсказал, что небольшое тело, разделяющее орбиту с планетой, если он находится на 60 градусов вперед или позади, он будет гравитационно привязан, если он близок к определенным точкам (точки Лагранжа). Лагранж, основавший свое предсказание на проблеме трех тел, продемонстрировал, что гравитационно захваченное тело будет медленно вибрировать вокруг точки равновесия на том, что он описал как подковообразную или головастую орбиту. Эти ведущие и конечные точки Лагранжа называются L4 и L5 точки Лагранжа. Первые астероиды, которые были захвачены в пунктах Лагранжа были обнаружены более чем через столетие после того, как Лагранж объявил свою гипотезу. Те, кто был связан с Юпитером, наблюдали первыми.
По отношению к своей агрессивной планете-хозяину каждый троян Джовиана высвобождает вокруг одной из двух стабильных точек Лагранжа Юпитера: L4 который расположен на 60 градусов впереди Юпитера. орбиту и L5 который расположен на 60 градусов позади.
Американский астроном Э. Э. Барнард (1857-1923) связал первое зарегистрированное наблюдение трояна (12126) 1999 RM11 (идентифицированного как A904 RD ) во время его открытия), в 1904 году. Однако ни Барнард, ни другие астрономы не понимали его значения в то время. Действительно, Барнард ошибочно полагал, что он обнаружил недавно сброшенную сатурнианскую мини-луну Фиби которая в то время находилась всего в двух угловых минутах от неба. Барнард альтернативно развлекал возможность, что этот крошечный объект был астероидом. Странная идентичность странного объекта была окончательно понята, когда его истинная орбита была рассчитана в 1999 году.
Первое достоверное обнаружение троянца произошло в феврале 1906 года, когда немецкий астроном Макс Вольф (1863) 1932 г.) Гейдельберг-Кёнигштульской государственной обсерватории обнаружил задерживающийся астероид в точке Лагранжа L4 системы Солнца-Юпитера. Первоначально объект был назван в честь оборонительного героя Троянской войны 588 Ахиллес. В период 1906-1907 гг. Другой дуэт из троянцев Юпитера был обнаружен другим немецким астрономом Августом Копффом (1882-1960). Недавно обнаруженная пара была названа в честь героев Троянской войны 624 Гектор и 617 Патрокл. Гектор как и Ахиллес принадлежала L Население — путешествие "впереди" Юпитера по его орбите. Напротив, Patroclus стал первым трояном который, как известно, обитал в L5-точке Лагранжа расположенной «позади» его планеты-гиганта-хозяина планеты.
Число известных троянцев Юпитера дожило до 14 к 1961 году. Однако, поскольку технология, используемая астрономами, продолжала улучшаться, скорость открытия стала стремительно расти. К январю 2000 года было открыто в общей сложности 257 троянцев Юпитера а к маю 2003 года их число увеличилось до 1600! По состоянию на февраль 2014 года около 3898 известных троянов было обнаружено вблизи точки L4 в то время как 2049 троянов было обнаружено в точке L5 ,
Оценки общего числа троянцев Юпитера основаны на глубоких исследованиях ограниченных областей неба. Считается, что рой L4 состоит из 160-240 000 членов с диаметрами более 2 км и примерно 600 000 с диаметрами более 1 км. Если рой L5 состоит из сопоставимого числа объектов, то существует более 1 миллиона троянских коней Юпитера размером 1 километр или более. Все объекты, которые ярче абсолютной величины 9,0, вероятно, известны. Эти числа очень похожи на родственные астероиды, обитающие в Главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Общая масса троянцев Юпитера рассчитана примерно на 0,0001 массы нашей собственной планеты. Это эквивалентно одной пятой массы жителей Главного Пояса Астероидов .
Совсем недавно, два исследования теперь показывают, что члены обоих роев, упомянутых выше, могут быть очень завышены. Действительно, два новых исследования предполагают, что истинное число троянов Юпитера действительно может быть в семь раз меньше. Завышенная оценка может иметь следствие предположения о том, что у всех троянцев Юпитера альбедо было низким, всего около 0,04, в отличие от небольших тел, у которых среднее альбедо может достигать 0,12; ошибочное предположение о распространении троянцев Юпитера в небе. Согласно этим более поздним оценкам, общее число троянцев Юпитера диаметром более 2 километров составляет 6300 штук или минус 1000, а 3400 плюс или минус 500 в L4 и L5 рои соответственно. Эти числа можно было бы уменьшить в 2 раза, если бы маленькие троянские программы Юпитера были более рефлексивными, чем более крупные представители в своем роде.
Самый большой троян Юпитера — это 624 Гектор средний диаметр которого составляет 203 плюс или минус 3,6 километра. Существует несколько крупных троянских коней Юпитера по сравнению с населением в целом. Чем меньше размер, тем больше число троянских коней Юпитера — там гораздо больше меньших членов роя, чем более крупных, и число более мелких троянов быстро увеличивается до 84 километров. Увеличение числа меньших троянов намного более экстремально, чем в Главном поясе астероидов.
Некоторые странные вещи произошли давно
Ключевая проблема с новой моделью эволюции Солнечной системы заключается в том, чтобы точно определить, когда произошла древняя встряска. В этом новом исследовании группа ученых-планетологов SwRI демонстрирует, что само существование дуэта Patroclus-Menoetius убедительно свидетельствует о том, что динамическая нестабильность среди квартетов газообразных планет-гигантов должна была иметь место в течение первых 100 миллионов лет эволюции нашей тогдашней Солнечной системы
Некоторые недавние модели, показывающие образование малых тел, указывают на то, что эти типы двойных систем являются реликтами той первобытной эры, когда пары маленьких тел все еще могли образовываться непосредственно из Облако «гальки» в юности нашей Солнечной системы.
«Наблюдения сегодняшнего пояса Койпера показывают, что подобные двоичные файлы были довольно распространены в древние времена. Уильям Боттке объяснил в пресс-релизе SwRI от 10 сентября 2018 года . Д-р Боттке является директором Отдела космических исследований SwRI .
Если бы эта первичная неустойчивость была отсрочена на многие сотни миллионов лет, как предлагалось в некоторых моделях формирования Солнечной системы столкновения внутри древнего диска с малым телом сотрясли бы эти надежно исключенные и хрупкие двоичные файлы, а затем не оставили бы их в популяции Jupiter Trojan . Более ранние динамические инфраструктуры позволяли большему количеству двоичных файлов оставаться неизменными, таким образом увеличивая вероятность того, что по крайней мере один из них был бы захвачен в троянской популяции. Команда разработала несколько новых моделей, которые демонстрируют, что существование Patroclus-Menoetius двоичной строки ongly предполагает, что ранее была нестабильность.
Эта ранняя модель динамической устойчивости имеет важные последствия для внутренних каменистых земных планет особенно в связи с древним исследованием крупных ударных кратеров на Луне, Меркурии и Марсе Земли, которые, по-видимому, были образовались в результате ударов более мелких объектов около 4 миллиардов лет назад. Нашей Солнечной системе около 4,56 миллиарда лет. Ударные элементы, которые выкопали эти большие кратеры, с меньшей вероятностью были выброшены из внешнего пространства нашей Солнечной системы. Это говорит о том, что они были образованы реликвиями малых тел, оставшимися от древней эры формирования земной планеты .
Это новое исследование усиливает значение населения астероидов Троян Юпитер чтобы пролить новый свет на первозданную историю нашей Солнечной системы. Вероятно, гораздо больше будет обнаружено о двоичном Patroclus-Menoetius когда НАСА Люси Миссия возглавляемая SwRI планетологом и соавтором исследования доктором Хэлом Левисон проводит обзор дуэта в 2033 году. Кульминацией этого станет 12-летняя миссия, организованная для осмотра обоих роев Троян Юпитера .
НАСА Виртуальный исследовательский институт исследований солнечной системы (SSERVI) и программы Emerging Worlds а также финансируемый Чешский научный фонд это новое исследование. Люси — это классовая миссия Discovery в которой будут рассмотрены важные ключевые научные вопросы о нашей Солнечной системе. Его планируется запустить в мае 2021 года.
▼
